[發(fā)明專利]基于量子蜘蛛群演化機制的平面天線陣列稀疏方法

有效

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• 申請日: 2017-05-12
• 公開（公告）號: CN107302140B
• 公開（公告）日: 2020-01-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高洪元;張曉桐;杜亞男;張世鉑;梁巖松;刁鳴;劉丹丹;陳夢晗
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號: H01Q21/00
• 分類號: H01Q21/00;G06N3/00
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• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供的是一種基于量子蜘蛛群演化機制的平面天線陣列稀疏方法。1、建立平面天線陣列稀疏模型；2、設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)；3、用適應(yīng)度函數(shù)評價種群中每只蜘蛛編碼位置的優(yōu)劣，適應(yīng)度函數(shù)值最優(yōu)的位置記為整個種群的全局最優(yōu)位置；4、劃分種群中蜘蛛的性別；5、計算每只蜘蛛的重量；6、更新雌性蜘蛛量子位置，基于更新后的量子矢量旋轉(zhuǎn)角，采用模擬量子矢量旋轉(zhuǎn)門操作更新雌性蜘蛛量子位置；7、更新雄性蜘蛛量子位置，基于更新后的量子矢量旋轉(zhuǎn)角，采用模擬量子矢量旋轉(zhuǎn)門操作更新雄性蜘蛛量子位置；8更新各自歷史最優(yōu)位置；9：判斷是否達到最大迭代次數(shù)。本發(fā)明解決了多約束平面天線陣列稀疏難題，滿足了對平面稀疏陣列的各種要求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種天線陣列的構(gòu)造方法，具體地說是一種平面天線陣列稀疏方法。

背景技術(shù)

近年來隨著科技進步，對天線技術(shù)的要求也日益增高，導(dǎo)致了天線技術(shù)的快速崛起與發(fā)展。為了使天線滿足快速進步的科技對它不斷提高的要求，許多新型天線應(yīng)運而生，其中包括天線陣列。天線陣列是將許許多多天線單元按一定排列方式擺放，使它們的輻射場矢量疊加，以得到總輻射場來滿足實際應(yīng)用中的高增益和高方向性要求。龐大的天線陣列表現(xiàn)出的優(yōu)秀效果，使得天線陣列成為一些工程中必不可少的部分。

在一些雷達及衛(wèi)星天線系統(tǒng)中，天線陣列由成千甚至上萬的天線單元組成，采用幅度相位加權(quán)法來改善天線陣列的方向性后，天線陣列的饋電網(wǎng)絡(luò)將變得十分復(fù)雜以至于難以實現(xiàn)，并且龐大的天線陣列會使得系統(tǒng)設(shè)備十分復(fù)雜，系統(tǒng)的故障率和檢修難度就會加大，不光投入的成本會大大增加，同時對計算機系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)的速度提出了更高的要求。而且在許多實際工程應(yīng)用中，對天線陣列只要求有窄的掃描波束，而對增益沒有過高的要求，例如抗環(huán)境干擾的衛(wèi)星接收天線、高頻地面雷達天線和射電天文中的干涉陣列天線等等。

陣列波束寬度與口徑的最大尺寸有關(guān)，增益與照射口徑面積有關(guān)，所以實際工程中可以采用陣列稀疏的方法構(gòu)造出高方向性稀疏天線陣列。稀疏后的天線陣列減小了設(shè)備的復(fù)雜度，降低了系統(tǒng)的故障率，降低了建造成本，加快了系統(tǒng)的運行速度，提高了實用性。但是天線單元的周期性變稀會使得方向圖出現(xiàn)非常高的旁瓣，稀疏之后天線陣列的效果比起滿布時就會變差很多。由于天線陣列的旁瓣與天線單元的擺放位置有很大的關(guān)系，因此需要對稀疏天線陣列的陣元位置進行優(yōu)化以降低其旁瓣。所以如何用稀疏后的較少的天線單元盡量逼近滿布時的效果，達到所期望的目的，就成為天線陣列技術(shù)領(lǐng)域要解決的關(guān)鍵問題，同時也是在現(xiàn)代通信領(lǐng)域發(fā)揮重要作用的智能天線中的一項關(guān)鍵技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種可滿足對稀疏天線陣列的多目標(biāo)要求，在達到預(yù)期方向圖效果的同時具有很好的收斂效果的基于量子蜘蛛群演化機制的平面天線陣列稀疏方法。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：

步驟1：建立平面天線陣列稀疏模型，包括天線陣列的規(guī)模、形狀以及陣元的擺放方式；

步驟2：設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，包括種群中蜘蛛個體的數(shù)量，群體演進的迭代次數(shù)，并初始化種群中每只蜘蛛在解空間中的量子位置和{0,1}編碼位置；

步驟3：設(shè)計適應(yīng)度函數(shù)，用適應(yīng)度函數(shù)評價種群中每只蜘蛛{0,1}編碼位置的優(yōu)劣，在迭代開始時，每只蜘蛛初始{0,1}編碼位置同時也記為其搜索歷史中的歷史最優(yōu)位置；初始{0,1}編碼位置的適應(yīng)度函數(shù)值同時記為其歷史最優(yōu)適應(yīng)度函數(shù)值，在所有蜘蛛對應(yīng)的所有歷史最優(yōu)位置中，適應(yīng)度函數(shù)值最優(yōu)的位置記為整個種群的全局最優(yōu)位置；

步驟4：劃分種群中蜘蛛的性別，把初始{0,1}編碼位置按其適應(yīng)度函數(shù)值由大到小排列，前N_f只蜘蛛確定為雌性并一直是雌性，剩下的N_m只蜘蛛確定為雄性并一直是雄性；

步驟5：計算每只蜘蛛的重量，把每只蜘蛛{0,1}編碼位置的適應(yīng)度函數(shù)值和種群中最大、最小的適應(yīng)度函數(shù)值代入重量計算公式中計算種群中每只蜘蛛各自的重量；