[發(fā)明專利]一種氣動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?zhí)枺?/td>: 201611029973.3
• 申請日: 2016-11-15
• 公開（公告）號: CN106779161B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李海林;吳紫劍;汪飛;周建江;馬守磊;曹愛華
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 彭雄

本發(fā)明公開了一種氣動外形約束下分布式三維陣的陣列布局優(yōu)化方法，采用低副瓣約束方法，劃定約束的副瓣區(qū)域進行副瓣的約束，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，并對陣列的共極化平均功率和工作陣元個數(shù)兩個目標同時進行優(yōu)化，并采用約束初始陣元個數(shù)的方法來提高算法尋優(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現(xiàn)較優(yōu)的方向圖綜合性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明提供了一種分布式三維陣列的陣列布局優(yōu)化方法，適用于共形陣列天線工作陣元個數(shù)和共極化平均功率優(yōu)化。

背景技術(shù)

雷達對抗是電子戰(zhàn)的主要表現(xiàn)形式，把“靈巧蒙皮”技術(shù)應(yīng)用到機載雷達上，可以達到最佳的電子戰(zhàn)作戰(zhàn)效果。這種方案是在飛機的大部分或者全部蒙皮中嵌入可以構(gòu)成大量陣列的天線陣元。

戰(zhàn)斗機往往會安裝多部天線，比如F22飛機上安裝了多達幾十部天線，分別實現(xiàn)搜索、跟蹤、預(yù)警、導(dǎo)航、干擾等功能。通過“靈巧蒙皮”技術(shù)能夠大大降低雷達天線對飛行器空氣動力學(xué)性能的影響，同時可以協(xié)同工作，實現(xiàn)各種電子戰(zhàn)功能。這些天線分布于飛機的頭部、機翼等各個位置，取消了傳統(tǒng)的外露天線，而與各種蒙皮相結(jié)合。因此，可以將若干種單功能的天線綜合成多功能的天線孔徑以實現(xiàn)更好的作戰(zhàn)性能。

飛機分布式三維異構(gòu)陣列天線由多個不同的異構(gòu)子陣組成，分別為圓錐面構(gòu)成的機頭陣列、圓柱面構(gòu)成的機身陣列、4個三角面構(gòu)成的機翼陣列、2個梯形面構(gòu)成的垂直尾翼陣列、4個梯形面構(gòu)成的水平尾翼陣列和5個半圓柱面構(gòu)成的各翼型陣列的前緣陣列。陣元位置優(yōu)化的空間較大，陣列布局有待優(yōu)化，以在較少工作陣元的前提下實現(xiàn)較優(yōu)的方向圖綜合性能。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種氣動外形約束下分布式三維陣的陣列布局優(yōu)化方法，分別在機身、機翼布置情況下進行工作子陣劃分，在相同工作陣元數(shù)目下，進行高效能的工作陣元的選取，簡化后續(xù)稀疏陣列陣元位置的選取，降低運算的復(fù)雜度并簡化整個優(yōu)化過程。

技術(shù)方案：為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種氣動外形約束下分布式三維陣的陣列布局優(yōu)化方法，采用低副瓣約束方法，劃定約束的副瓣區(qū)域進行副瓣的約束，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，并對陣列的共極化平均功率和工作陣元個數(shù)兩個目標同時進行優(yōu)化，并采用約束初始陣元個數(shù)的方法來提高算法尋優(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現(xiàn)較優(yōu)的方向圖綜合性能。

具體包括以下步驟：

步驟1，設(shè)定三維陣的方向圖綜合的目標，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，選擇恰當(dāng)?shù)淖畲筝椛涔ぷ鹘嵌?，減少工作陣元數(shù)對飛機分布式三維異構(gòu)陣列進行工作子陣劃分。

步驟2，計算每個工作陣元在全空間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：這里只對陣列工作陣元的工作狀態(tài)進行優(yōu)化選擇，粒子維數(shù)為工作陣元的個數(shù)，粒子的取值只能為0或1。

步驟4，根據(jù)粒子的01狀態(tài)選擇，從已計算得出的全1工作狀態(tài)時的B矩陣、Q矩陣和Q_S1矩陣中重新組合成該工作陣列下的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。

步驟5，計算多目標適應(yīng)度值：兩個目標函數(shù)其中一個為工作陣元的個數(shù)，另一個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：