[發(fā)明專(zhuān)利]一種氣動(dòng)外形約束下分布式三維陣的陣列布局優(yōu)化方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611029973.3
• 申請(qǐng)日: 2016-11-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106779161B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李海林;吳紫劍;汪飛;周建江;馬守磊;曹愛(ài)華
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06Q10/04
• 分類(lèi)號(hào): G06Q10/04
• 代理公司: 南京瑞弘專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 彭雄

1.一種氣動(dòng)外形約束下分布式三維陣的陣列布局優(yōu)化方法，其特征在于：采用低副瓣約束方法，劃定約束的副瓣區(qū)域進(jìn)行副瓣的約束，基于PSO-凸混合優(yōu)化算法的思想，給出了MOBPSO-凸的混合優(yōu)化算法，并對(duì)陣列的共極化平均功率和工作陣元個(gè)數(shù)兩個(gè)目標(biāo)同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化，并采用約束初始陣元個(gè)數(shù)的方法來(lái)提高算法尋優(yōu)的多樣性，使其陣列布局能夠在較少工作陣元的前提下實(shí)現(xiàn)較優(yōu)的方向圖綜合性能；包括以下步驟：

步驟1，設(shè)定三維陣的方向圖綜合的目標(biāo)，根據(jù)方向性系數(shù)最大方向圖設(shè)定主副瓣區(qū)域，根據(jù)方向圖綜合目標(biāo)，選擇最大輻射工作角度，減少工作陣元數(shù)對(duì)飛機(jī)分布式三維異構(gòu)陣列進(jìn)行工作子陣劃分；

步驟2，計(jì)算每個(gè)工作陣元在全空間360°×180°每間隔一度的B矩陣，并且求解Q矩陣和Q_S1矩陣，其中，B矩陣表示輻射功率的陣列導(dǎo)向矢量，Q矩陣表示陣列平均功率的陣列導(dǎo)向矩陣，Q_S1矩陣表示陣列副瓣平均功率的陣列導(dǎo)向矩陣；

步驟3，初始化粒子種群：這里只對(duì)陣列工作陣元的工作狀態(tài)進(jìn)行優(yōu)化選擇，粒子維數(shù)為工作陣元的個(gè)數(shù)，粒子的取值只能為0或1；

所述MOBPSO-凸的混合優(yōu)化算法的粒子的每一維都是離散變量，取值為0或1，在BPSO中速度僅代表粒子的位置被置為1的概率；通過(guò)Sigmoid限制轉(zhuǎn)換函數(shù)實(shí)現(xiàn)，該函數(shù)表示為：

S(x)在邊界和中心點(diǎn)的取值為：

取值范圍為為[0,1]的一個(gè)子集；

位置的更新函數(shù)表示為：

式中，r_id(t)為0到1之間的隨機(jī)數(shù)；

第t次迭代中第i粒子d維的位置變量置為1的概率P(x_id(t)＝1)為：

P(x_id(t)＝1)＝S(v_id(t))

第i粒子d維的位置變量置為0的概率P(x_id(t)＝0)的概率為：

P(x_id(t)＝0)＝1-S(v_id(t))＝S(-v_id(t))；

第p陣元的工作狀態(tài)表示為：

工作總陣元數(shù)為：

其中，N為陣元個(gè)數(shù)，α_max表示最大輻射工作角度，α_max≤90°，Status(p)表示第p陣元的工作狀態(tài)，TotalNum表示工作總陣元數(shù)；

步驟4，根據(jù)粒子的0/1狀態(tài)選擇，從已計(jì)算得出的全1工作狀態(tài)時(shí)的B矩陣、Q矩陣和Q_S1矩陣中重新組合成工作陣列下的B_Nmax矩陣、Q_N矩陣和Q_NS1矩陣，其中，B_Nmax矩陣表示新陣列最大輻射方向的陣列導(dǎo)向矢量，Q_N矩陣表示新陣列平均功率的陣列導(dǎo)向矩陣，Q_NS1矩陣表示新陣列副瓣平均功率的陣列導(dǎo)向矩陣；

新陣列下的最大輻射方向的陣列導(dǎo)向矢量B_Nmax為：

其中，θ(M)和為綜合目標(biāo)方向俯仰角和方位角，i為工作狀態(tài)為1的向量位置索引；矩陣Q_N和矩陣Q_NS1表示為：

Q_N＝Q(i)(j)，i＝index(Status＝1),j＝index(Status＝1)

Q_NS1＝Q_S1(i)(j)，i＝index(Status＝1),j＝index(Status＝1)

其中，i和j均為工作狀態(tài)為1的向量位置索引；

步驟5，計(jì)算多目標(biāo)適應(yīng)度值：兩個(gè)目標(biāo)函數(shù)其中一個(gè)為工作陣元的個(gè)數(shù)，另一個(gè)為已約束副瓣平均功率下的共極化平均功率，優(yōu)化模型表示為：

min sum(status(p))

min W^HQ_NW

s.t.W^HQ_NS1W≤ε

W^HB(θ_M)＝1

其中，W表示復(fù)權(quán)系數(shù)矢量，ε為副瓣區(qū)域中設(shè)定的最大平均功率歸一化值，θ_M為共極化為θ極化時(shí)方向圖綜合目標(biāo)的主方向；工作陣元個(gè)數(shù)由每次迭代工作狀態(tài)得到，每個(gè)粒子每次迭代過(guò)程重工的共極化平均功率由凸優(yōu)化結(jié)果運(yùn)算得到；

步驟6，進(jìn)行種群的更新和數(shù)值結(jié)果的計(jì)算。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣動(dòng)外形約束下分布式三維陣的陣列布局優(yōu)化方法，其特征在于：所述步驟1中利用拉格朗日乘數(shù)法進(jìn)行極化方向性系數(shù)最大的方向圖綜合。