(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210611645.3 (22)申请日 2022.05.31 (71)申请人 武汉工程大 学 地址 430000 湖北省武汉市东湖新 技术开 发区光谷一路20 6号 (72)发明人 巩朋成　张卓钰　吴云韬　李利荣　 黎杨　余亮　钱良　时愈　 (74)专利代理 机构 北京轻创知识产权代理有限 公司 11212 专利代理师 姜展志 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/16(2006.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 119/06(2020.01) (54)发明名称 基于近似ADMM的波束形成方法、 装置、 设备 及介质 (57)摘要 本发明涉及一种基于近似ADMM的波束形成 方法、 装置、 设备及介质， 涉及阵列信号处理技术 领域， 方法为： 获取初始复权矢量， 利用初始复权 矢量获取初始旁瓣区域功率数据和初始主瓣区 域功率数据， 基于获得的数据构建初始优化模 型， 初始优化模型包括原目标函数和原约束条 件， 原目标函数用于表征初始旁瓣区域功率数据 和初始主瓣区域功率数据之间的关系， 原约束条 件包括用于对旁瓣区域进行功率和限制的旁瓣 约束、 用于对主瓣区域进行功率和限制的主瓣约 束、 用于限制天线阵列的复权矢量的幅值和相位 的功率约束， 通过构建辅助变量， 对初始优化模 型进行简化， 对简化后的模型进行近似优化、 近 似迭代处理后， 利用ADMM进行求解， 实现波束方 向图的绘制。 权利要求书4页 说明书19页 附图8页 CN 114996935 A 2022.09.02 CN 114996935 A 1.一种基于 近似ADMM的波束形成方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤S1： 获取初始复权矢量， 利用所述初始复权矢量获取初始旁瓣区域功率数据和初 始主瓣区域功率数据； 步骤S2： 根据所述初始复权矢量、 所述初始旁瓣区域功率数据和所述初始主瓣区域功 率数据， 构建初始优化模型， 所述初始优化模型包括原目标函数和原约束 条件， 所述原目标 函数用于表征初始旁瓣区域功率数据和初始主瓣区域功 率数据之 间的关系， 所述原约束 条 件包括旁瓣约束、 主瓣约束和功率约束， 所述旁瓣约束用于限制旁瓣区域的功 率和， 所述主 瓣约束用于限制主瓣区域的功率和， 所述功 率约束用于限制天线阵列的复权矢量的幅值和 相位； 步骤S3： 构建第一辅助变量， 利用所述第一辅助变量对所述原目标函数进行简化处理， 得到第一中间函数A， 所述第一中间函数A包括旁瓣区域最大功率数据A和主瓣区域最小功 率数据A， 对 所述第一中间函数A包含的旁瓣区域最大功 率数据A和主瓣区域最小功 率数据A 进行近似优化处理， 得到第二中间函数B， 所述第二中间函数B 包括旁瓣区域最大功率数据B 和主瓣区域最小功率数据B， 根据所述第二中间函数B和所述原约束条件， 构建二次优化模 型； 步骤S4： 对所述二次优化模型中的旁瓣区域最大功率数据B和主瓣区域最小功率数据B 进行近似替代， 得到新优化模型， 利用交替方向乘子法求解所述新优化模型， 得到目标复权 矢量， 根据所述目标复权矢量计算出目标主瓣区域功率和目标旁瓣区域功率， 根据所述 目 标主瓣区域功率和所述目标 旁瓣区域功率绘制波 束方向图。 2.根据权利 要求1所述的一种基于近似ADMM的波束形成方法， 其特征在于， 所述步骤S1 具体包括： 获取多个位置的 阵元组成的线 性天线阵列在目标方向θ 上的辐射波束图wHa( θ )， 其中， w 表示初始复权 矢量， wH表示初始复权 矢量的共 轭转置， a( θ )表示 导向矢量； 将 辐射 波束图 的 旁瓣区 域 划分 为 S个等间 距的 角度区 域 ， 得 到集合 AS， 初始旁瓣区域功率数据为|wHa(AS)|2， 表示角度 区域 的功率； 其中， a(AS)为旁瓣区域导 向矢量， 下标i为变量且取值为正整数， 1≤i≤S， 变量i对应的元素 表示角度区域 的导向矢量； 将辐射波束图的主瓣区域划分为M个等间距的角度区域， 得到集合AM， 初始主瓣区域功率数据为|wHa(AM)|2， 表示角度区域 的功率； 其中， a(AM) 为主瓣区域导向矢量， 下标j为变量且取值为正整数， 1≤j≤M， 变量j对应的元素 表 示角度区域 的导向矢量。权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114996935 A 23.根据权利 要求2所述的一种基于近似ADMM的波束形成方法， 其特征在于， 所述步骤S2 中， 根据所述初始复权矢量、 所述初始旁瓣区域功 率数据和所述初始主瓣区域功 率数据， 构 建初始优化模型 具体包括： 根据所述旁瓣区域最大功率与所述主瓣区域最小功率的最小比值建立原目标函数， 所 述原目标函数为： 根据所述初始复权矢量和所述初始旁瓣区域功率数据建立旁瓣约束， 所述旁瓣约束 为： 根据所述初始复权矢量和所述初始主瓣区域功率数据建立主瓣约束， 所述主瓣约束 为： 根据所述初始复权 矢量建立功率约束， 所述功率约束为： wHw＝1 其中， 表示 的导向矢量的共轭转置， σ1表示待合成波束 方向图的旁瓣功率之和； 表示 的导向矢量的共轭转 置， σ2表示待合成波 束方向图的主瓣功率之和； 根据所述旁瓣约束、 所述主瓣约束、 所述功率约束和所述原目标函数， 构建所述初始优 化模型， 所述初始优化模型为： 4.根据权利 要求3所述的一种基于近似ADMM的波束形成方法， 其特征在于， 所述步骤S3 中， 构建第一辅助变量， 利用所述第一辅助变量对 所述原目标函数进 行简化处理， 得到第一 中间函数A， 具体包括： 构建所述第 一辅助变量y， 通过所述第 一辅助变量y对所述原目标函数中的初始旁瓣 区 域功率数据、 初始主瓣区域功率数据进行变换 ， 得到第一中间函数A ， 其中 ，权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114996935 A 3