[發明專利]一種基于MATLAB和HFSS的波束控制和陣列方向圖優化方法

有效

• 申請號: 201910192160.3
• 申請日: 2019-03-14
• 公開（公告）號: CN109992845B
• 公開（公告）日: 2023-02-24
• 發明（設計）人: 鄭會利;劉佳音
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學;西安中電科西電科大雷達技術協同創新研究院有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F111/06
• 代理公司: 西安長和專利代理有限公司 61227
• 代理人: 黃偉洪

1.一種基于MATLAB和HFSS的波束控制和陣列方向圖優化方法，其特征在于，所述基于MATLAB和HFSS的波束控制和陣列方向圖優化方法包括：

第一步，利用MATLAB調用HFSS建立天線單元模型，得到單個天線的方向圖函數；

第二步，在MATLAB中根據天線方向圖乘積定理運算得出方向圖；引入慣性質量調節因子改進引力搜索算法GSA并用其優化每個饋電單元的相位和幅度，實現波束控制和副瓣電平的優化；

第三步，再次利用MATLAB-HFSS腳本建立天線陣列模型，代入優化后的幅度相位，得出滿足波束指向和副瓣電平要求的陣列方向圖；

所述第二步的在MATLAB中根據天線圖乘積定理運算得出方向圖；利用改進的引力搜索算法優化每個饋電單元的相位和幅度，實現波束控制和副瓣電平的優化具體包括：

(1)在MATLAB中利用方向圖疊加定理得出較為準確的方向圖；

其中為天線單元方向圖，由HFSS計算得出；為N元直線陣的陣因子；為相鄰饋電單元的相位差，a_i和分別為第i個饋電單元的饋電幅度和相位；

(2)在MATLAB中利用改進的引力搜索算法優化方向圖函數：將饋電的幅度和相位設為優化對象，初始種群為復數同時包含相位和幅度兩種信息，初始化時規定幅度的范圍在0～1之間，相位范圍0～360度；計算得出的第i次的方向圖與目標函數相減，目標函數對副瓣電平和波束指向都有所要求，在主瓣和旁瓣區域使用不同權值加權，得到的結果為個體適應度值fitvalue并排序，先用上代的精英粒子替換掉本代fitvalue值最差的粒子；計算精英粒子的過程中，找到適應值或與最優解距離較遠的粒子保存至下一代；引入慣性質量調節因子，利用fitvalue值計算得出算法中的慣性質量M；

再根據以下公式進一步分別優化幅度和相位的速度和位置；

t為迭代次數，為第d維第t次迭代時第i個粒子的速度，為第t次迭代時第i個粒子的加速度，第t次迭代時第i個粒子的位置；對越界的粒子重新定義處理，判斷結果是否收斂或者是否超過迭代次數，若符合則中止并畫出方向圖，若不符合則再次進行循環。

2.如權利要求1所述的基于MATLAB和HFSS的波束控制和陣列方向圖優化方法，其特征在于，所述第一步的利用MATLAB調用HFSS建立天線單元模型，得到單個天線的方向圖函數具體包括：

在MATLAB中編寫建立腳本的函數，其中包括設置全局變量，在HFSS中建立曲線方程的函數，得到方向圖并導出數據；設置離散掃描和差值掃描的函數；利用MATLAB調用HFSS建立天線單元模型，實現建模自動化，得到單個天線的方向圖函數并將數據導出。

3.如權利要求1所述的基于MATLAB和HFSS的波束控制和陣列方向圖優化方法，其特征在于，所述第三步的再次利用MATLAB-HFSS腳本建立天線陣列模型，統一代入優化后的幅度相位，得出滿足波束指向合副瓣電平要求的陣列方向圖具體包括：結合利用MATLAB調用HFSS建立天線單元模型，得到單個天線的方向圖函數；再次在MATLAB中編寫自動調用HFSS建立天線陣列并仿真的腳本函數，腳本中編輯每個饋電單元的相位和幅度，統一代入優化后的結果從而實現波束控制和副瓣電平的優化。

4.一種應用權利要求1～3任意一項所述基于MATLAB和HFSS的波束控制和陣列方向圖優化方法的天線。

5.一種應用權利要求1～3任意一項所述基于MATLAB和HFSS的波束控制和陣列方向圖優化方法的無線通信系統。