[發明專利]一種多尺度天線平臺輻射特性的快速分析方法

在審

• 申請號: 202011242481.9
• 申請日: 2020-11-09
• 公開（公告）號: CN112632742A
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 陶詩飛;王意釗;王昊;葉曉東
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/11;G06F17/15;G06N3/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 薛云燕

1.一種多尺度天線平臺輻射特性的快速分析方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、利用特征模理論對多尺度天線平臺進行特征分析，得到不同特征模式下的特征場；

步驟2、利用天線特征角的大小來選擇特征模式，對天線的輻射場進行線性疊加，得到天線的合成特征場；

步驟3、設定目標函數，利用MOEA/D優化器求得不同特征模式下的模式權重系數，根據模式權重系數選擇對應的特征模式，利用這些特征模式合成輻射方向圖。

2.根據權利要求1所述的多尺度天線平臺輻射特性的快速分析方法，其特征在于，步驟1所述的利用特征模理論對多尺度天線平臺進行特征分析，得到不同特征模式下的特征場，具體如下：

步驟1.1、讀取多尺度天線平臺的幾何信息和控制參數；

步驟1.2、由積分方程計算多尺度天線平臺的阻抗矩陣；

步驟1.3、由積分方程建立廣義特征值方程，求解多尺度天線平臺的廣義特征值方程；

廣義特征值方程如下：

XJ_n＝λ_nRJ_n (1)

式中，R和X是阻抗矩陣的實部和虛部，J_n和λ_n是特征電流及特征值；

步驟1.4、計算多尺度天線平臺的特征電流和特征場。

3.根據權利要求1所述的多尺度天線平臺輻射特性的快速分析方法，其特征在于，步驟2所述的利用天線特征角的大小來選擇特征模式，對天線的輻射場進行線性疊加，得到天線的合成特征場，具體如下：

步驟2.1、計算多尺度天線平臺的特征角，公式如下：

CA＝180°-tan^-1λ_n (2)

式中，λ_n表示特征值，當CA＝180°時，該模式為諧振模式；

步驟2.2、設定特征角在[135°，225°]范圍內的特征模式為初始主要特征模式，選擇所有主要特征模式進行特征模式的線性疊加，得到合成特征場；

感應電流及相關的電場疊加公式如下：

式中，E_n表示特征電流J_n輻射的特征電場，J是總電流，E是總電場，n為特征模式的個數，a_n是特征模式的模式權重系數，a_n在[0，1]范圍內隨機取值。

4.根據權利要求1所述的多尺度天線平臺輻射特性的快速分析方法，其特征在于，步驟3所述的設定目標函數，利用MOEA/D優化器求得不同特征模式下的模式權重系數，根據模式權重系數選擇對應的特征模式，利用這些特征模式合成輻射方向圖，具體如下：

步驟3.1、設定約束多尺度天線平臺某一方向的輻射性能的目標函數為：

公式(5)中θ₀和分別表示合成方向圖的最大方向的俯仰角和方位角，θ_desired和分別表示指定的方向圖主波束方向的俯仰角和方位角；f₁(a^(k))指特定輻射模式對應的主波束方向；公式(6)、(7)表示主波束功率與整個多尺度天線平臺功率的比值，S_∞表示整個輻射空間范圍，f₂(a^(k))指在S_MR波束范圍內輻射出更多的能量，S_MR定義為圓錐范圍45°≤θ≤135°和f₃(a^(k))表示在S_MR1波束范圍內盡量輻射出較少的能量，S_MR1定義為圓錐范圍45°≤θ≤135°和a^(k)為每優化一次對應的一組模式權重系數的值，E、H分別為電場和磁場分量，ds表示面積元；

步驟3.2、利用MOEA/D優化器求得不同特征模式下的模式權重系數，具體如下：

采用切比雪夫方法，將Pareto前沿的逼近問題轉化為若干標量子問題，聚合函數定義如下所示：

其中，g^tche表示采用切比雪夫方法聚合后的目標函數，f_i(x)為每優化一次求出的目標函數值，x∈Ω為決策變量，z^*＝min{f_i(x)|x∈Ω}，i∈{1，2，…，m}，λ＝(λ₁，λ₂，…，λ_m)^T為權重向量，滿足λ_i≥0，i＝1，…，m且

對于每一個Pareto最優點x^*存在一個權重向量λ，所以公式(8)的最優解就是多目標優化的Pareto最優解；

MOEA/D算法框架如下：

設置一組均勻分布的權重向量λ₁，…，λ_m，權重向量滿足下面的條件：

λ₁+λ₂+…+λ_m＝1或(λ₁)²+(λ₂)²+…+(λ_m)²＝1

其中i∈1，2，…，m，H是正整數，權重向量的每個權重都是不重復的從中隨機選取，權重向量的個數滿足以下公式：

其中，m是目標函數的個數，N是種群大小；

生成權重向量后，設定一個參考點z^*，用切比雪夫聚合方法將Pareto前沿的逼近問題分解為m個標量優化子問題，j個子問題的目標函數是：

MOEA/D在一次運行中同時最小化這些目標函數；

步驟3.3、選擇模式權重系數大的對應的特征模式，利用這些特征模式合成輻射方向圖，具體如下：

根據需要選擇一組模式權重系數a^(k)的值，再選擇a^(k)的值在區間[0.5，1)內對應的特征模式，這些模式對合成后的輻射方向圖的貢獻大。