一种低计算复杂度的球面稀疏阵列优化算法

一种低计算复杂度的球面稀疏阵列优化算法引言球面稀疏阵列是一种在球面上布置的阵列结构，被广泛应用于电磁波成像、系统辨识和通信领域。稀疏阵列是指在收发天线的数量限制下，通过优化天线间的位置关系来提高系统性

一种低计算复杂度的球面稀疏阵列优化算法 引言 球面稀疏阵列是一种在球面上布置的阵列结构，被广泛应用于电磁 波成像、系统辨识和通信领域。稀疏阵列是指在收发天线的数量限制 下，通过优化天线间的位置关系来提高系统性能。球面稀疏阵列的优化 问题一般来说是非凸非线性优化问题，以前的研究中大多采用了启发式 算法和全局优化算法。然而，上述算法需要大量的计算资源，无法快速 优化阵列性能。因此，本文提出一种低计算复杂度的球面稀疏阵列优化 算法来解决这一问题。 方法 提出的算法是建立在改进的梯度算法上的。改进的梯度算法包括两 个方面的改进：一是采用惯性力控制中心位置的移动；二是根据各阵列 元的性能对阵列元进行权重分配。首先，均匀分布的平面阵列经转化为 采用球形坐标系表示的球面稀疏阵列，需要优化的不是天线位置，而是 阵列元的最大方向性增益值。在优化过程中，阵列元被分为两类：中心 元和扩展元。在每一次迭代中，中心元被固定而扩展元被优化，以提高 阵列性能。本文在算法中引入了惯性力，以平滑阵列元的移动，避免不 必要的震荡现象。此外，按比例分配权重可以在保证阵列元性能的同时 提高算法的计算速度。在每一个迭代步中，阵列元改变的步长取决于它 们在优化问题中的权重。 结果 为了测试算法的性能，本文用其在二维和三维阵列上进行了模拟试 验。在模拟实验中，本文与基准算法进行了比较。结果表明，提出的算 法在保证阵列性能的同时，计算复杂度大大降低。在二维和三维阵列 上，优化结果的精度都比基准算法高，并且需要的计算时间也较少。 结论