基于粒子群算法的光波導(dǎo)相控陣光柵波瓣優(yōu)化

王春陽+張守強

摘要：為降低光波導(dǎo)相控陣柵瓣提出陣元間距非均勻分布理論。利用MATLAB編寫粒子群算法優(yōu)化程序，對非均勻光波導(dǎo)陣列結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化。仿真結(jié)果表明，非均勻陣元間距可以極大降低柵瓣強度。

關(guān)鍵詞：光波導(dǎo)相控陣；柵瓣；粒子群算法

中圖分類號：TP393.08 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）11-0114-01

光波導(dǎo)相控陣由多個芯層和包層組成，每個芯層及其兩側(cè)的包層構(gòu)成一個陣元[1]。芯層具有電光效應(yīng)，包層作為電極層，電路通過加載電壓的不同使波導(dǎo)層獲得所需的電光相位延遲，改變外加電場就可以改變光束指向，從而形成光束掃描[2]。 但是出射光波會在遠場形成旁瓣（柵瓣和副瓣），對主瓣的探測造成干擾[3]。因此，為提高光波導(dǎo)相控陣掃描性能，研究陣元間距不均勻分布情況，采用粒子群算法[4]對非均勻光波導(dǎo)陣列結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計，并通過MATLAB仿真驗證該方法的可行性。

1 非均勻結(jié)構(gòu)相控陣原理

陣元間距不規(guī)則光學(xué)相控陣壓縮柵瓣原理：如果陣列相鄰單元間距不等，那么相鄰陣元間的空間相位差不再是固定數(shù)值，為了讓輸出相位面為斜面，以滿足相位匹配，空間相位差與相鄰陣元間隔必須成正比。此時在掃描方向上，衍射光束相干相長，形成主瓣，在其它衍射方向上，不再具備周期性結(jié)構(gòu)，相鄰陣元的陣內(nèi)相位差不能同時滿足柵瓣形成條件，極大削弱了柵瓣強度[3]。

3 仿真結(jié)果

從圖1、圖2可以明顯看出，經(jīng)過PSO優(yōu)化后的非均勻陣元結(jié)構(gòu)，柵瓣副瓣強度顯著下降，增加掃描角度，柵瓣強度雖然略有增加但是不會影響掃描主瓣，掃描性能提高。

4 結(jié)語

光波導(dǎo)相控陣陣元不規(guī)則分布可以削弱旁瓣。可以用PSO快速得出合適的的非均勻分布間距，而設(shè)計遞減的動態(tài)慣性權(quán)重使得PSO具有收斂精度高，收斂速度快的優(yōu)點。

參考文獻

[1]李家立.光波導(dǎo)光學(xué)相控陣技術(shù)研究[D].西安：西安電子科技大學(xué)，2005.

[2]孫亮.基于光學(xué)相控陣的光束掃描研究[J].長春理工大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2006，36（2）：3-9.

[3]齊美清，汪偉，金謀平.基于離子群算法的天線陣方向圖優(yōu)化[J].雷達科學(xué)與技術(shù)，2014，32（15）：13-17.

[4]張友益，徐朝陽.相位加權(quán)低副瓣陣列天線綜合技術(shù)研究[J].艦船電子對抗，2014，12（6）：11-13.

Abstract：The theory of the non-uniform distribution of the element spacing is proposed to reduce the influence of the grating lobes. The optimization program of PSO is prepared by MATLAB， and the parameters of non-uniform WOPA are optimized. MATLAB simulation results show that non-uniform distribution of the element spacing can greatly reduce the grating lobes intensity.

Key Words：Optical Phased Array（OPA）；Grating Lobes Suppression；Particle Swarm Optimization（PSO）endprint