[發(fā)明專利]一種基于粒子群與遺傳算法聯(lián)合的天線陣列布置優(yōu)化方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110315980.4
• 申請日: 2021-03-24
• 公開（公告）號(hào): CN113191070A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邢振華;梁作賓;吳斌;趙治國;許行;李兆飛;葉俊;代佳佳;郭昱延;韓平;秦松
• 申請（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)山東省電力公司泰安供電公司;國家電網(wǎng)有限公司
• 主分類號(hào): G06F30/27
• 分類號(hào): G06F30/27;G06F30/18;G06N3/00;G06N3/12;G06F111/04
• 代理公司: 濟(jì)南舜源專利事務(wù)所有限公司 37205
• 代理人: 李舜江

1.一種基于粒子群與遺傳算法聯(lián)合的天線陣列布置優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：確定優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的步驟，具體為：

以克拉美羅下界CRLB的最小值為目標(biāo)優(yōu)化天線的陣列布置，根據(jù)坐標(biāo)定位和波達(dá)方向估計(jì)，確定基于CRLB的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)；

S2：確定約束條件的步驟，具體為：

根據(jù)現(xiàn)場檢測區(qū)域確定限制區(qū)域的大小，采用矩形或者圓形兩種形式的限制區(qū)域形式對現(xiàn)場區(qū)域進(jìn)行檢測；

S3：天線陣列優(yōu)化的步驟，具體為：

結(jié)合矩形或者方形的限制區(qū)域形式，通過粒子群算法PSO和遺傳算法GA對坐標(biāo)定位的天線陣列和波達(dá)方向估計(jì)的天線陣列進(jìn)行優(yōu)化處理；

S4：獲得天線陣列最優(yōu)化的步驟，具體為：

采用克拉美羅下屆解析計(jì)算，并結(jié)合陣列尺寸、寬度比以及布置方式，對比矩形、菱形以及Y形陣列的定位性能，獲得天線陣列的最優(yōu)布置方法。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于粒子群與遺傳算法聯(lián)合的天線陣列布置優(yōu)化方法，其特征在于，步驟S1中，克拉美羅下界由Fisher信息矩陣(FIM)的逆計(jì)算求得，F(xiàn)IM由概率密度函數(shù)與時(shí)差定位方程推導(dǎo)得到；傳播速度為c²，時(shí)差估計(jì)誤差為σ_d²，放電源距離為r⁴，天線陣列布置方式為M、X′、Y′、Z′，通過對FIM求逆得到距離r與方位角θ的CRLB分別為：

與r²呈正比，而與r無關(guān)，說明當(dāng)r較大時(shí)放電源距離誤差迅速增大，但方位角估計(jì)誤差不隨r變化；因CRLB反映估計(jì)參量的方差，計(jì)算中統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為其標(biāo)準(zhǔn)差形式，即通過對比不同天線陣列的eCRLB得到最優(yōu)的陣列型式。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于粒子群與遺傳算法聯(lián)合的天線陣列布置優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟S1中，針對坐標(biāo)定位的基于CRLB的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為：

J＝J₁+J₂+J₃ (3)

式中，方位角為J₁定義為e_CRLB大于e_t的方位角范圍，設(shè)置時(shí)差誤差閾值e_t為20％r；J₂表示在某一方位角下陰影區(qū)域的上邊界為e_CRLB和e_t兩者中的最小值，該參數(shù)表征e_CRLB的整體大小；J₃為e_CRLB的最小值。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于粒子群與遺傳算法聯(lián)合的天線陣列布置優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟S1中，針對波達(dá)方向估計(jì)的基于CRLB的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)可按以下公式計(jì)算：

CRLB(φ)＝[G(B,φ)·P]^-1 (5)

式中，方位角為俯仰角為θ，計(jì)算得CRLB分布不隨方位角變化，隨俯仰角增大而增大，e_θ隨俯仰角增大而減小，和e_θ定位誤差均較小；因此波達(dá)方向估計(jì)的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)采用以下形式：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于粒子群與遺傳算法聯(lián)合的天線陣列布置優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟S2中，對尺寸為a×b的矩形限制區(qū)域，優(yōu)化算法中的個(gè)體采用天線陣元的直角坐標(biāo)編碼，X＝[x₁,x₂,…,x_M,y₁,y₂,…,y_M]，需要滿足以下限制條件：

對半徑為rc的圓形限制區(qū)域，個(gè)體采用極坐標(biāo)方式編碼，并滿足以下限制條件：

在計(jì)算個(gè)體的適應(yīng)度時(shí)，需要將編碼轉(zhuǎn)換為CRLB計(jì)算所需的坐標(biāo)形式。