一种光学相控阵优化方法

本发明涉及光通信，特别是涉及一种光学相控阵优化方法。

背景技术：

1、相控阵可以实现快速、任意位置的扫描，成为实现全固态激光雷达的重要方案之一。如何实现相控阵大的扫描范围是当前研究的热点。为扩大扫描范围，需要增强主光束在较大偏转角时的相对光强，降低该偏转角度下的旁瓣水平。将相控阵的阵元进行半波长周期分布是一种降低旁瓣的有效方式，但是由于相控阵相邻阵元的间距过近会导致较大的串扰。非周期分布的相控阵能够避免周期相控阵因周期性而出现的栅瓣，进而达到凸显主光束的目的，是实现大扫描范围的相控阵的有效方式。然而非周期相控阵在扫描过程中，主光束在各个阵元的相位关系下发生角度的偏转，强度会因阵元的方向因子而出现减弱的情况。因此需要一种优化方法，能够考虑到实际场景中主光束发生偏转时受方向因子而减弱的影响，使优化后的非周期相控阵在预设扫描范围内拥有较低的旁瓣水平。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种光学相控阵优化方法，能够降低相控阵在预设扫描范围内的旁瓣水平，且在优化过程中考虑方向因子的影响。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种光学相控阵优化方法，包括以下步骤：

3、获取光学相控阵的远场光强分布表达式；

4、设定全部所述光学相控阵的阵元间距构成的序列为待优化向量；

5、以所述待优化向量为个体位置，利用粒子群优化算法求解获得最优阵元间距序列，使所述光学相控阵在预设扫描范围内实现高旁瓣抑制比的主光束扫描。

6、进一步的，设定粒子群优化算法的适应度函数为所述预设扫描范围内所述光学相控阵的最大旁瓣抑制比和最小旁瓣抑制比乘积的倒数。

7、进一步的，所述远场光强分布表达式为

8、

9、其中，e为所述光学相控阵的光强分布，n为阵元数，a为各个阵元的功率，f为方向因子，为各个阵元的相位，λ为工作波长，ri为包含相位关系的各个阵元到观察点的距离，r0为不考虑相位关系时各个阵元到观察点的近似距离。

10、进一步的，所述光学相控阵的旁瓣抑制比根据所述远场光强分布表达式计算获得。

11、进一步的，所述利用粒子群优化算法求解获得最优阵元间距序列的步骤之前，还包括设定所述阵元间距的取值范围的步骤。

12、进一步的，所述利用粒子群优化算法求解获得最优阵元间距序列，包括：

13、初始化粒子群参数；

14、随机初始化每个粒子的学习速度和所述个体位置，获得初始的个体极值和初始的群体极值；

15、设定初始的个体最优适应值为所述初始的个体极值，初始的群体最优适应值为所述初始的群体极值；

16、判断是否满足预设条件，如果满足则输出当前所述个体极值和所述群体极值作为最优位置，否则执行以下步骤：

17、分别计算当前所述个体位置下所述光学相控阵在所述预设扫描范围内不同偏转角度下的旁瓣抑制比，提取最大旁瓣抑制比和最小旁瓣抑制比；

18、将所述最大旁瓣抑制比和最小旁瓣抑制比带入所述适应度函数，计算并更新所述个体最优适应值和所述群体最优适应值；

19、根据所述个体最优适应值和所述群体最优适应值更新所述个体极值和所述群体极值，返回所述判断是否满足预设条件的步骤。

20、进一步的，所述判断是否满足预设条件是通过判断当前迭代次数是否已经达到预设值来实现的。

21、进一步的，所述光学相控阵为非周期阵列。

22、有益效果

23、由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明通过在进行粒子群优化时将阵元的方向因子代入算法进行优化，考虑了实际场景中主光束发生偏转时受方向因子而减弱的影响，得到的远场光强分布更符合实际扫描场景，使用该算法优化得到的非周期相控阵在预设扫描范围内拥有较低的旁瓣水平。

技术特征：

1.一种光学相控阵优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，设定粒子群优化算法的适应度函数为所述预设扫描范围内所述光学相控阵的最大旁瓣抑制比和最小旁瓣抑制比乘积的倒数。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述远场光强分布表达式为

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述光学相控阵的旁瓣抑制比根据所述远场光强分布表达式计算获得。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用粒子群优化算法求解获得最优阵元间距序列的步骤之前，还包括设定所述阵元间距的取值范围的步骤。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用粒子群优化算法求解获得最优阵元间距序列，包括：

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断是否满足预设条件是通过判断当前迭代次数是否已经达到预设值来实现的。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光学相控阵为非周期阵列。

技术总结本发明涉及一种光学相控阵优化方法，包括以下步骤：获取光学相控阵的远场光强分布表达式；设定全部所述光学相控阵的阵元间距构成的序列为待优化向量；以所述待优化向量为个体位置，利用粒子群优化算法求解获得最优阵元间距序列，使所述光学相控阵在预设扫描范围内实现高旁瓣抑制比的主光束扫描。本发明在优化过程中考虑到实际场景中主光束发生偏转时受方向因子而减弱的影响，使优化后的非周期相控阵在预设扫描范围内拥有较低的旁瓣水平。技术研发人员：蔡艳,王金玉,岳文成受保护的技术使用者：中国科学院上海微系统与信息技术研究所技术研发日：技术公布日：2024/9/29