[發(fā)明專利]基于量子遺傳算法的傳聲器陣列布置優(yōu)化方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010056347.3
• 申請(qǐng)日: 2020-01-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111242382B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 殷守斌;李繼攀;田克強(qiáng);孫素亮;郭瑞;王強(qiáng);劉宏領(lǐng);彭順;徐珂;王維令;陳小虎;谷棟;李明;李中原;時(shí)鵬;張紅敏;張偉;王陸麗;徐環(huán);安勇;盛雨
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)網(wǎng)山東省電力公司菏澤供電公司;國(guó)家電網(wǎng)有限公司
• 主分類號(hào): G06Q10/04
• 分類號(hào): G06Q10/04;G06N3/12
• 代理公司: 北京科億知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11350
• 代理人: 李興林

1.一種基于量子遺傳算法的傳聲器陣列布置優(yōu)化方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：

步驟1，編碼：首先以平面均勻矩形陣列為基礎(chǔ)，將所述平面均勻矩形陣列的各個(gè)所述陣元編碼，每個(gè)編碼包含了所述陣元的位置信息，所述陣元的編碼采用二進(jìn)制數(shù)字表示；編碼方式具體如下：

從N個(gè)正方形均勻分布的陣元中選取n個(gè)陣元組成陣列，對(duì)N個(gè)陣元進(jìn)行編號(hào)，將編號(hào)轉(zhuǎn)化成為等長(zhǎng)的二進(jìn)制編碼，對(duì)于編碼位數(shù)d，選取方式如下：

d＝min{c|2^c≥N,c∈1,2,3,4…∞}；

步驟2，種群初始化：首先構(gòu)造染色體，每個(gè)所述染色體包含了一個(gè)陣元布置形式的所有位置信息，其次隨機(jī)選取若干所述染色體作為初始種群；

步驟3，測(cè)量種群個(gè)體：所述染色體的編碼以概率形式表示，對(duì)每輪進(jìn)化后的種群里的所述個(gè)體進(jìn)行測(cè)量，其中，測(cè)量時(shí)所述個(gè)體會(huì)依據(jù)給定的所述概率坍縮至基礎(chǔ)態(tài)；

步驟4，計(jì)算個(gè)體適應(yīng)度：以陣列的方向圖中功率下降3dB的等高線所圍面積S為約束條件建立適應(yīng)度函數(shù)，進(jìn)而計(jì)算種群里各個(gè)體的適應(yīng)度，并記錄下最優(yōu)個(gè)體和對(duì)應(yīng)的適應(yīng)度；具體通過(guò)基礎(chǔ)態(tài)包含的編碼信息計(jì)算個(gè)體適應(yīng)度，基礎(chǔ)態(tài)的編碼形式為二進(jìn)制，將所述二進(jìn)制的基因編碼轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制，所述十進(jìn)制對(duì)應(yīng)的數(shù)字即為陣元的編號(hào)，其中所述編號(hào)包含了所述陣元的位置信息，進(jìn)而確定整個(gè)陣列的布置情況；個(gè)體適應(yīng)度的計(jì)算采用3dB波束寬度的大小來(lái)作為所述個(gè)體適應(yīng)度的衡量標(biāo)準(zhǔn)，具體計(jì)算步驟如下：首先計(jì)算出陣列的方向圖，陣元是根據(jù)所述平面均勻矩形陣列篩選得出，陣列響應(yīng)計(jì)算公式為：

其中，為信號(hào)的仰角，σ為信號(hào)的方位角，W＝[w₁,w₂,…w_n]^T，其中w_i表示第i個(gè)陣元在參與計(jì)算陣列響應(yīng)時(shí)的權(quán)值；

以陣列最左下角的陣元為參考陣元，表示為：

(x_i,y_i)為第i個(gè)陣元的位置坐標(biāo)，λ為信號(hào)波長(zhǎng)；

所述陣列方向圖由以下公式得出：

在得出所述陣列方向圖后，利用matlab計(jì)算出功率下降3dB的等高線所圍面積S；

步驟5，進(jìn)化更新：采用量子旋轉(zhuǎn)門(mén)的方式來(lái)進(jìn)行種群的進(jìn)化與更新；

步驟6，迭代：終止條件為迭代次數(shù)，設(shè)定為500次，在達(dá)到終止條件前，返回步驟3，如此往復(fù)，直至達(dá)到終止條件中設(shè)置的迭代次數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于量子遺傳算法的傳聲器陣列布置優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟2中的編碼采用量子比特來(lái)表示染色體中的基因信息。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于量子遺傳算法的傳聲器陣列布置優(yōu)化方法，其特征在于，對(duì)于第i個(gè)基因位，可將其表示為：

其中α_i和β_i均為復(fù)數(shù)，含義為概率幅，在本算法中表示為在觀測(cè)某基因位時(shí)，基因位的數(shù)值為0或者1的概率；|α_i|²代表此基因位|ψ_i變?yōu)閨0的概率，|β_i|²代表此基因位|ψ_i變?yōu)閨1的概率，并且有|α_i|²+|β_i|²＝1；

一個(gè)具有m個(gè)基因、每個(gè)基因長(zhǎng)度為d的染色體可以表示為：

為了使一個(gè)染色體可以將全部可能狀態(tài)等概率表達(dá)，在初始編碼時(shí)，所有的α和β都設(shè)定為

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于量子遺傳算法的傳聲器陣列布置優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟3中獲得基礎(chǔ)態(tài)個(gè)體的具體方式如下：

對(duì)于第i個(gè)基因位的確定，隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)數(shù)值γ，γ∈[0,1]，如果γ≥|α_i|²，則此基因位的取值為1，若有γ＜|α_i|²，則此基因位取值為0。