基于粒子群算法的光波导相控阵光栅波瓣优化

王春阳+张守强

摘要：为降低光波导相控阵栅瓣提出阵元间距非均匀分布理论。利用MATLAB编写粒子群算法优化程序，对非均匀光波导阵列结构参数进行优化。仿真结果表明，非均匀阵元间距可以极大降低栅瓣强度。

关键词：光波导相控阵；栅瓣；粒子群算法

中图分类号：TP393.08 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）11-0114-01

光波导相控阵由多个芯层和包层组成，每个芯层及其两侧的包层构成一个阵元[1]。芯层具有电光效应，包层作为电极层，电路通过加载电压的不同使波导层获得所需的电光相位延迟，改变外加电场就可以改变光束指向，从而形成光束扫描[2]。 但是出射光波会在远场形成旁瓣（栅瓣和副瓣），对主瓣的探测造成干扰[3]。因此，为提高光波导相控阵扫描性能，研究阵元间距不均匀分布情况，采用粒子群算法[4]对非均匀光波导阵列结构参数进行优化设计，并通过MATLAB仿真验证该方法的可行性。

1 非均匀结构相控阵原理

阵元间距不规则光学相控阵压缩栅瓣原理：如果阵列相邻单元间距不等，那么相邻阵元间的空间相位差不再是固定数值，为了让输出相位面为斜面，以满足相位匹配，空间相位差与相邻阵元间隔必须成正比。此时在扫描方向上，衍射光束相干相长，形成主瓣，在其它衍射方向上，不再具备周期性结构，相邻阵元的阵内相位差不能同时满足栅瓣形成条件，极大削弱了栅瓣强度[3]。

3 仿真结果

从图1、图2可以明显看出，经过PSO优化后的非均匀阵元结构，栅瓣副瓣强度显著下降，增加扫描角度，栅瓣强度虽然略有增加但是不会影响扫描主瓣，扫描性能提高。

4 结语

光波导相控阵阵元不规则分布可以削弱旁瓣。可以用PSO快速得出合适的的非均匀分布间距，而设计递减的動态惯性权重使得PSO具有收敛精度高，收敛速度快的优点。

参考文献

[1]李家立.光波导光学相控阵技术研究[D].西安：西安电子科技大学，2005.

[2]孙亮.基于光学相控阵的光束扫描研究[J].长春理工大学学报：自然科学版，2006，36（2）：3-9.

[3]齐美清，汪伟，金谋平.基于离子群算法的天线阵方向图优化[J].雷达科学与技术，2014，32（15）：13-17.

[4]张友益，徐朝阳.相位加权低副瓣阵列天线综合技术研究[J].舰船电子对抗，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