一種改變輔助柵格圓半徑來(lái)設(shè)計(jì)稀布圓形天線陣列的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及圓陣天線的優(yōu)化設(shè)計(jì)，具體設(shè)及一種改變輔助柵格圓半徑來(lái)設(shè)計(jì)稀布 圓形天線陣列的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 圓陣可W通過(guò)循環(huán)移動(dòng)陣列激勵(lì)，簡(jiǎn)單而靈活地操縱波束的方位，在俯仰方向上 也有一個(gè)理想的方向特性。同時(shí)，圓結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性使其波束形狀和天線增益等性能基本維 持平衡，并大體上保持互禪平衡。由于圓陣所具有的該些優(yōu)勢(shì)，使其正得到日益廣泛的應(yīng) 用，但是圓陣方向圖卻具有相對(duì)主瓣較高的旁瓣電平。近年來(lái)利用稀布陣列單元來(lái)降低旁 瓣電平的方法成為研究熱點(diǎn)，但針對(duì)圓形半徑上的研究還較少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的，是提供一種柵格圓半徑的優(yōu)化方法來(lái)優(yōu)化設(shè)計(jì)稀布圓陣，W降低 圓陣的峰值旁瓣電平。
[0004] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0005] 基于修正遺傳算法的圓陣半徑優(yōu)化方法，其特征在于：在陣列孔徑和最小陣元間 距的約束條件下，規(guī)定同一圓環(huán)上陣元間距相等，采用遺傳算法，對(duì)稀布同屯、圓環(huán)陣列的半 徑進(jìn)行優(yōu)化，獲得較低的峰值旁瓣電平，詳細(xì)步驟如下：
[000引 （1)將優(yōu)化變量而二[r0，ri，…，rj作為種群中的個(gè)體化為圓環(huán)個(gè)數(shù)），因?yàn)殛?元間距需大于等于屯(屯為約束的最小陣元間距），所W圓環(huán)半徑需滿足：
[0007] m=rn-i+dc+An，（1)
[0008]其中r〇= 0, 0 < A n<入/2, 1《n《H,和r H< 0. 5L L/ (2d C+入）< H < L2dc, L 是約束的圓環(huán)孔徑。
[0009] 在滿足公式（1)的條件下隨機(jī)產(chǎn)生S個(gè)r。，由該樣的S組[r。，r。r2,…，r。，…，rj 組成S個(gè)個(gè)體而，形成了初始種群R。 ；<, , H()
[0010] (2)假如選定修正種群中第i個(gè)和第j個(gè)個(gè)體的第n號(hào)基因，且滿足：
[0011] 則可進(jìn)行交叉操作，交叉作用后的兩個(gè)新的個(gè)體為：
[001引而=so;rt[0, R…Rgi,…，Rnj,…，Rhi]
[001引做
[0014] Rj= so;rt [0, RU,Rgj，…，R",…，Rhj].
[0015] 假如選定第1個(gè)個(gè)體的第z號(hào)基因進(jìn)行變異，則變異作用后的新的個(gè)體為 [001引R'1= soi't[0，Ru，R2i，…，R(z-i)i，C，R(Z+1)1，…，Rhi]. (4)
[0017] 式中隨機(jī)數(shù)弓e腳0.54且dc《U-Rul<A，0《i《H且i聲z。發(fā)生交叉和變 異的基因數(shù)由事先給定的交叉率和變異率決定。
[0018] (3)經(jīng)過(guò)交叉和變異操作得到的種群為：
[0019] R' = [R' 1，R' 2，…，R'S，…，R'S]
[0020] (5)
[00引]R's= [0,Rsl，氏2，…，Rsn…，RJ.
[0022] 已知半徑（種群個(gè)體）和屯(屯為第n個(gè)圓環(huán)上的陣元間距），則N。可表示為：
[0023]
化）
[0024] 因?yàn)殛囋臄?shù)目必須是整數(shù)，所W公式化）中的值在23iRsyd。周圍。為了使得 屯>d。，使陣元間距足夠大，所W向下取整。
[002引根據(jù)=2刮0",能夠被計(jì)算出來(lái)，因此能夠得陣元的位置 h,cos扣M，7;,sin扣V)。
[002引 （4)將陣元位置與圓環(huán)半徑代入公式（7):
[0027]
[002引得到陣列因子F(u，V)，再將所得的陣列因子代入公式巧）：
[0029]
[0030] 求得稀布同屯、圓環(huán)陣列的峰值旁瓣電平（P化L)。然后采用截?cái)噙x擇法，并根據(jù)截 斷閥值選擇個(gè)體，選擇較低PSLL的個(gè)體，并用較低PSLL的個(gè)體取代較高的PSLL的個(gè)體，由 此產(chǎn)生新種群。新種群再依次進(jìn)行交叉，變異和選擇，進(jìn)行迭代，直到達(dá)到最大遺傳代數(shù)，迭 代結(jié)束，得到最優(yōu)個(gè)體。
[0031] 本發(fā)明適用于各種圓環(huán)陣列的優(yōu)化，獲得較低的峰值旁瓣電平。一方面，運(yùn)用修正 遺傳算法，克服了經(jīng)典的遺傳算法的二進(jìn)制編碼的缺點(diǎn)，具有更好的變異多樣性，從而提高 了遺傳算法的效率和精度。另一方面，約束同一圓環(huán)上的陣元間距對(duì)半徑進(jìn)行優(yōu)化，減少了 遺傳算法的捜索空間，降低了優(yōu)化的計(jì)算量和模型的復(fù)雜性，有效的改善了峰值旁瓣電平。
【附圖說(shuō)明】
[0032] 圖1是同屯、圓環(huán)陣列模型
[0033] 圖2是優(yōu)化后的稀布同屯、圓環(huán)陣列方向圖（N= 201)
[0034] 圖3是優(yōu)化后的稀布同屯、圓環(huán)的陣元分布圖（N= 201)
[003引圖4是優(yōu)化后的稀布同屯、圓環(huán)的陣列方向圖（N= 142)
[0036] 圖5是優(yōu)化后的稀布同屯、圓環(huán)的陣元分布圖（N= 142)
【具體實(shí)施方式】
[0037] 下面對(duì)本發(fā)明優(yōu)化實(shí)施方式作詳細(xì)說(shuō)明。
[0038]W下給出本發(fā)明的仿真實(shí)例。由附圖可知，本發(fā)明通過(guò)對(duì)兩種情況的圓陣半徑的 優(yōu)化實(shí)例來(lái)證實(shí)其有效性。圖1為同屯、圓環(huán)陣列的模型，第一個(gè)實(shí)例是本發(fā)明優(yōu)化陣元數(shù) 為N= 201，種群數(shù)為S= 100,遺傳代數(shù)為G= 200,最小陣元間距屯二0. 5A，圓環(huán)個(gè)數(shù) 為H= 7和孔徑為L(zhǎng)= 9. 96A的稀布同屯、圓環(huán)陣列。仿真優(yōu)化結(jié)果在表1中，圖2為其優(yōu) 化后的陣列方向圖，圖3為其優(yōu)化后的陣元分布圖。第二個(gè)實(shí)例是本發(fā)明優(yōu)化陣元數(shù)為N =142,種群數(shù)為S= 100,遺傳代數(shù)為G= 200,最小陣元間距屯二0. 5入，圓環(huán)個(gè)數(shù)為H =6和孔徑為L(zhǎng)= 9. 4A的稀布同屯、圓環(huán)陣列。仿真優(yōu)化結(jié)果在表1中，圖4為其優(yōu)化后 的陣列方向圖，圖5為其優(yōu)化后的陣元分布圖。
[0039] 表1實(shí)例一和實(shí)例二的仿真優(yōu)化結(jié)果
[0040]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種改變輔助柵格圓半徑來(lái)設(shè)計(jì)稀布圓形天線陣列的方法，其特征在于方法包括 以下步驟： (1) 在有輔助柵格圓個(gè)數(shù)和陣元間距有最小值的約束條件下，規(guī)定同一柵格圓環(huán)上陣 元的間距相等，根據(jù)公式確定輔助圓環(huán)半徑的范圍，優(yōu)化變量是各個(gè)輔助圓環(huán)的半徑，優(yōu) 化目標(biāo)是峰值旁瓣電平盡量低； (2) 利用修正遺傳算法優(yōu)化各圓環(huán)的半徑，通過(guò)交叉，變異和選擇，迭代輸出最優(yōu)的個(gè) 體，計(jì)算其峰值旁瓣電平。2. 如權(quán)利要求1所述的基于修正遺傳算法的圓陣優(yōu)化方法，其特征在于，所述的產(chǎn)生 初始種群的步驟如下： 將優(yōu)化變量Ri= [r ，…，rH]作為種群中的個(gè)體（H為圓環(huán)個(gè)數(shù)），因?yàn)殛囋g距需 大于等于cUd。為約束的最小陣元間距），所以圓環(huán)半徑需滿足： rn= Tn-^dc+Δη· (I) 其中 r0= 0, O < Δ η< λ /2, 1 彡 η 彡 H，和 r H< 0· 5L，lV(2d c+ λ ) < H < L/2dc，L 是 約束的圓環(huán)孔徑，在滿足公式（I)的條件下隨機(jī)產(chǎn)生S個(gè)rn，由這樣的S組[Γ(ι，Γι，r 2，… ，rn,…，rH]組成S個(gè)個(gè)體Ri,形成了初始種群R。3. 如權(quán)利要求1所述的修正遺傳算法優(yōu)化半徑，步驟如下： (1) 在權(quán)利2所述的初始種群中，假如選定種群中第i個(gè)和第j個(gè)個(gè)體的第η號(hào)基因， 且滿足： 則可進(jìn)行交叉操作，交叉作用后的兩個(gè)新的個(gè)體為： Ri = sort [0, R u，R2i，…，Rnj,…，Rm] (3) Rj= sort [0, R u，R2j, ···, Rni, ···, Rhj]. 假如選定第1個(gè)個(gè)體的第z號(hào)基因進(jìn)行變異，則變異作用后的新的個(gè)體為 R' 1= sort [0, R u，R21，…，R(z_m，ξ，R (z+i)I? , Rhi ]· (4) 式中隨機(jī)數(shù)ξ￡(〇,〇.54且d。彡I ξ-Rj < λ，〇彡i彡H且i乒ζ，發(fā)生交叉和變異的 基因數(shù)由事先給定的交叉率和變異率決定； (2) 經(jīng)過(guò)交叉和變異操作得到的種群為： R，= [R，"尺，2，…，R，S，...，R，s] (5) Rrs= [0, Rsl, Rs2, ―, Rsn-, RJ. 已知半徑（種群個(gè)體）和dn(第η個(gè)圓環(huán)上的陣元間距），則Nn可表示為：(6) 因?yàn)殛囋臄?shù)目必須是整數(shù)，所以公式（6)中的值在2 π Rsn/dn周圍，為了使得dn> d。， 使陣元間距足夠大，所以向下取整，根據(jù)K t能夠被計(jì)算出來(lái)，因此能夠得陣 元的位置.(^ C0S?W, sillIv); (3)將陣元位置與圓環(huán)半徑代入公式（7):得到陣列因子F(u，V)，再將所得的陣列因子代入公式（8):求得稀布同心圓環(huán)陣列的峰值旁瓣電平（PSLL)。然后采用截?cái)噙x擇法，并根據(jù)截?cái)嚅y 值選擇個(gè)體，選擇較低PSLL的個(gè)體，并用較低PSLL的個(gè)體取代較高的PSLL的個(gè)體，由此產(chǎn) 生新種群。新種群再依次進(jìn)行交叉，變異和選擇，進(jìn)行迭代，直到達(dá)到最大遺傳代數(shù)，迭代結(jié) 束，得到最優(yōu)個(gè)體。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種改變輔助柵格圓半徑來(lái)設(shè)計(jì)稀布圓形天線陣列的方法，包括以下步驟：(1)約束同一柵格圓環(huán)上陣元的間距，根據(jù)公式確定圓環(huán)半徑的范圍，隨機(jī)產(chǎn)生S個(gè)個(gè)體，形成初始種群；(2)利用遺傳算法優(yōu)化圓環(huán)半徑，通過(guò)交叉，變異和選擇，迭代輸出最優(yōu)的個(gè)體，計(jì)算其峰值旁瓣電平。本發(fā)明改進(jìn)了現(xiàn)有圓陣綜合方法中軌跡圓半徑和軌跡圓上陣元數(shù)分階段優(yōu)化的不足，實(shí)現(xiàn)了全部陣元的聯(lián)合優(yōu)化，獲得了更低的峰值旁瓣電平，降低了優(yōu)化的計(jì)算量和模型的復(fù)雜性。
【IPC分類】H01Q1/36, H01Q21/00
【公開(kāi)號(hào)】CN104900988
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510262698
【發(fā)明人】陳客松, 朱永蕓, 倪霄龍, 常全付
【申請(qǐng)人】電子科技大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年9月9日
【申請(qǐng)日】2015年5月21日