[發明專利]基于雜草算法的共形天線陣方向圖綜合方法

有效

• 申請號: 201310439721.8
• 申請日: 2013-09-24
• 公開（公告）號: CN103606005B
• 公開（公告）日: 2017-03-01
• 發明（設計）人: 李蕊;徐樂;任學施;崔艷鵬;陳曦;尹應增
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06N3/00
• 分類號: G06N3/00;H01Q21/00
• 代理公司: 西安吉盛專利代理有限責任公司61108
• 代理人: 張培勛

技術領域

本發明屬于陣列天線領域，涉及一種仿生算法，特別是基于雜草算法的共形天線陣方向圖綜合方法。?

背景技術

伴隨著雷達系統的迅猛發展，陣列天線作為其電磁波收發裝置的核心備受人們關注，如何通過對天線單元幅相激勵的綜合來實現所需天線陣列方向圖一直是研究的熱點問題。由于天線系統應用需求及環境的復雜化，傳統的天線綜合技術往往顯得乏力，因此采用基于仿生技術的各類優化算法的方向圖綜合技術得到了極大的發展。仿生算法對于多參數、不可微、甚至不連續的目標函數的優化具有獨特的優勢。蟻群算法、粒子群算法、遺傳算法以及差分進化算法等一系列優化算法由于其獨特的特性在方向圖綜合技術中應用極為廣泛。蟻群算法和粒子群算法編碼簡單，結構簡潔，收斂速度較快。但是，它們相對也較容易出現停滯現象和陷入局部優解。而遺傳算法搜索全局最優解的能力更強，并且采用并行操作，可以有效的防止搜索過程收斂于局部最優，但是它的缺點是速度較慢，消耗的時間較長。?

近年來，在進化計算領域出現了一種新型的數值優化計算方法，稱為野草或雜草（Invasive?Weed?Optimization，IWO）算法，是伊朗德黑蘭大學的A.R.Mehrabian以及C.Lucas為解決數值優化問題在2006于Ecological?Informatics雜志上發表論文《Anovelnumerical??optimization?algorithm?inspired?from?weed?colonization》中首次提出。IWO算法自提出以來，以其卓越的性能得到學者們的廣泛關注與運用。IWO是一種受野草啟發而提出的、基于種群的數值優化計算方法，其執行過程是模擬野草的殖民化過程。作為一種全新的優化計算方法，IWO算法具有易于理解、易于編程實現的特點。適用于求解一些利用常規的數學規劃方法所無法求解的復雜環境中的優化問題。?

雜草入侵的過程是：適應環境、乘機居留、占據地盤、結籽繁殖、扶養種群、隨機應變、逐漸密集、適者生存、競爭消亡，適應性好的個體獲得更多的生存機會。?

野草的占據領地和殖民化行為是按照如下方式進行的：（1）人類在種植莊稼的過程中會在一些易受到野草侵襲的田地上遺留下一些未使用的資源，這給野草創造了生存的空間；（2）野草通過擴散的方式侵入這些空間，隨后通過殖民化過程來逐漸侵占田地；（3）野草的生物多樣性使得野草進化出許多不同的變種植物，這些植物具有掌控和探索這些生存空間的良好適應性，隨著時間的推移，它們通過適者生存原則進行局部適應和種群改進；（4）隨著農耕季節的進行，野草的這種特性在野草生命的最佳時期被廣泛傳播，它們借此在植物社區中使它們的適應性達到最大化。?

隨著IWO算法的發展，逐漸吸引越來越多的學者對IWO算法進行研究并不斷改進，而且大量的將其應用于解決實際問題。IWO算法具有柔性的框架，其中的各種機制都可用多種算法予以實現。目前IWO算法已經在許多領域得到了應用，譬如標準多維數值優化函數集和魯?棒控制器優化與調節問題、圖像聚類問題、約束工程設計問題、多輸入多輸出（MIMO）系統天線陣列設計問題、DNA編碼順序計算問題、壓電激勵器的優化放置問題、推薦系統問題、分布數據合并過程進展預測問題以及電力市場動蕩性研究問題。由于IWO算法具有運算步驟簡單和善于解決多變量問題等優點，所以適合應用于各種天線陣方向圖綜合問題。?

由于共形天線與載體融合的特點使機載天線系統得到極大的改善，所以近年來有關共形天線陣列技術研究成為了學者們關注的熱點問題。但與此同時也給陣列設計和方向圖綜合帶來了巨大的挑戰。由于共形陣列載體通常為非平面結構，陣元輻射方向性差異較大，使得共形陣對輻射單元的幅度、相位設計更為復雜；而且，相對于平面陣和簡單共形陣，復雜共形陣所面臨的副瓣電平較高問題就尤為突出，因此低副瓣技術的研究成為共形天線陣列設計的核心問題。?

球面及部分球面也是常用的共形天線載體，可以用于擬合飛行器、衛星等等系統的部分表面，因而研究其共形陣陣面綜合技術對共形天線陣的推廣及實用化非常關鍵。在實際應用中，由于天線陣的交叉極化問題會在一定程度上降低接收機系統的性能并引起干擾，所以對天線陣的低交叉極化綜合一直是學者們研究的熱點問題。對于共形天線陣，由于天線單元共形在二次曲面上，所以每個天線單元的指向都不相同，尤其是對于圓極化天線單元，天線的不同指向會引起天線陣的交叉極化惡化。在這種情況下，需要對主極化和交叉極化進行同時綜合。?

發明內容