基于雜草算法的共形天線陣方向圖綜合方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及基于雜草算法的共形天線陣方向圖綜合方法，其特征是，至少包括如下步驟：步驟101：種群初始化；步驟102：生長繁殖；步驟103：空間擴(kuò)散；步驟104：競(jìng)爭(zhēng)排斥；步驟105：判斷種子數(shù)是否達(dá)到最大種群數(shù)；步驟106：根據(jù)競(jìng)爭(zhēng)性生存法則選取Qsize個(gè)適應(yīng)值最好的解；步驟107：判斷當(dāng)前迭代次數(shù)是否達(dá)到最大迭代次數(shù)，若是沒有，即iter<itermax，就繼續(xù)進(jìn)行步驟102，否則進(jìn)行步驟108；步驟108：退出算法執(zhí)行過程并輸出最優(yōu)解。本發(fā)明的方法以適應(yīng)度為基準(zhǔn)繁殖機(jī)制、采用子父代競(jìng)爭(zhēng)排斥機(jī)制的共形天線陣方向圖綜合算法，該種算法具備全局性和有效性，可防止陷入局部最優(yōu)解、最大限度保留有用信息。
【專利說明】基于雜草算法的共形天線陣方向圖綜合方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于陣列天線領(lǐng)域，涉及一種仿生算法，特別是基于雜草算法的共形天線陣方向圖綜合方法。
【背景技術(shù)】
[0002]伴隨著雷達(dá)系統(tǒng)的迅猛發(fā)展，陣列天線作為其電磁波收發(fā)裝置的核心備受人們關(guān)注，如何通過對(duì)天線單元幅相激勵(lì)的綜合來實(shí)現(xiàn)所需天線陣列方向圖一直是研究的熱點(diǎn)問題。由于天線系統(tǒng)應(yīng)用需求及環(huán)境的復(fù)雜化，傳統(tǒng)的天線綜合技術(shù)往往顯得乏力，因此采用基于仿生技術(shù)的各類優(yōu)化算法的方向圖綜合技術(shù)得到了極大的發(fā)展。仿生算法對(duì)于多參數(shù)、不可微、甚至不連續(xù)的目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。蟻群算法、粒子群算法、遺傳算法以及差分進(jìn)化算法等一系列優(yōu)化算法由于其獨(dú)特的特性在方向圖綜合技術(shù)中應(yīng)用極為廣泛。蟻群算法和粒子群算法編碼簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，收斂速度較快。但是，它們相對(duì)也較容易出現(xiàn)停滯現(xiàn)象和陷入局部?jī)?yōu)解。而遺傳算法搜索全局最優(yōu)解的能力更強(qiáng)，并且采用并行操作，可以有效的防止搜索過程收斂于局部最優(yōu)，但是它的缺點(diǎn)是速度較慢，消耗的時(shí)間較長。
[0003]近年來，在進(jìn)化計(jì)算領(lǐng)域出現(xiàn)了一種新型的數(shù)值優(yōu)化計(jì)算方法，稱為野草或雜草(Invasive Weed Optimization, IW0)算法，是伊朗德黑蘭大學(xué)的 A.R.Mehrabian 以及C.Lucas為解決數(shù)值優(yōu)化問題在2006于Ecological Informatics雜志上發(fā)表論文《Anovelnumerical optimization algorithm inspired from weed colonization》中首次提出。IWO算法自提出以來，以其卓越的性能得到學(xué)者們的廣泛關(guān)注與運(yùn)用。IWO是一種受野草啟發(fā)而提出的、基于種群的數(shù)值優(yōu)化計(jì)算方法，其執(zhí)行過程是模擬野草的殖民化過程。作為一種全新的優(yōu)化計(jì)算方法，IWO算法具有易于理解、易于編程實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)。適用于求解一些利用常規(guī)的數(shù)學(xué)規(guī)劃方法所無法求解的復(fù)雜環(huán)境中的優(yōu)化問題。
[0004]雜草入侵的過程是:適應(yīng)環(huán)境、乘機(jī)居留、占據(jù)地盤、結(jié)籽繁殖、扶養(yǎng)種群、隨機(jī)應(yīng)變、逐漸密集、適者生存、競(jìng)爭(zhēng)消亡，適應(yīng)性好的個(gè)體獲得更多的生存機(jī)會(huì)。
[0005]野草的占據(jù)領(lǐng)地和殖民化行為是按照如下方式進(jìn)行的:(1)人類在種植莊稼的過程中會(huì)在一些易受到野草侵襲的田地上遺留下一些未使用的資源，這給野草創(chuàng)造了生存的空間；(2)野草通過擴(kuò)散的方式侵入這些空間，隨后通過殖民化過程來逐漸侵占田地；(3)野草的生物多樣性使得野草進(jìn)化出許多不同的變種植物，這些植物具有掌控和探索這些生存空間的良好適應(yīng)性，隨著時(shí)間的推移，它們通過適者生存原則進(jìn)行局部適應(yīng)和種群改進(jìn)；
(4)隨著農(nóng)耕季節(jié)的進(jìn)行，野草的這種特性在野草生命的最佳時(shí)期被廣泛傳播，它們借此在植物社區(qū)中使它們的適應(yīng)性達(dá)到最大化。
[0006]隨著IWO算法的發(fā)展，逐漸吸引越來越多的學(xué)者對(duì)IWO算法進(jìn)行研究并不斷改進(jìn)，而且大量的將其應(yīng)用于解決實(shí)際問題。IWO算法具有柔性的框架，其中的各種機(jī)制都可用多種算法予以實(shí)現(xiàn)。目前IWO算法已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到了應(yīng)用，譬如標(biāo)準(zhǔn)多維數(shù)值優(yōu)化函數(shù)集和魯棒控制器優(yōu)化與調(diào)節(jié)問題、圖像聚類問題、約束工程設(shè)計(jì)問題、多輸入多輸出(ΜΙΜΟ)系統(tǒng)天線陣列設(shè)計(jì)問題、DNA編碼順序計(jì)算問題、壓電激勵(lì)器的優(yōu)化放置問題、推薦系統(tǒng)問題、分布數(shù)據(jù)合并過程進(jìn)展預(yù)測(cè)問題以及電力市場(chǎng)動(dòng)蕩性研究問題。由于IWO算法具有運(yùn)算步驟簡(jiǎn)單和善于解決多變量問題等優(yōu)點(diǎn)，所以適合應(yīng)用于各種天線陣方向圖綜合問題。
[0007]由于共形天線與載體融合的特點(diǎn)使機(jī)載天線系統(tǒng)得到極大的改善，所以近年來有關(guān)共形天線陣列技術(shù)研究成為了學(xué)者們關(guān)注的熱點(diǎn)問題。但與此同時(shí)也給陣列設(shè)計(jì)和方向圖綜合帶來了巨大的挑戰(zhàn)。由于共形陣列載體通常為非平面結(jié)構(gòu)，陣元輻射方向性差異較大，使得共形陣對(duì)輻射單元的幅度、相位設(shè)計(jì)更為復(fù)雜；而且，相對(duì)于平面陣和簡(jiǎn)單共形陣，復(fù)雜共形陣所面臨的副瓣電平較高問題就尤為突出，因此低副瓣技術(shù)的研究成為共形天線陣列設(shè)計(jì)的核心問題。
[0008]球面及部分球面也是常用的共形天線載體，可以用于擬合飛行器、衛(wèi)星等等系統(tǒng)的部分表面，因而研究其共形陣陣面綜合技術(shù)對(duì)共形天線陣的推廣及實(shí)用化非常關(guān)鍵。在實(shí)際應(yīng)用中，由于天線陣的交叉極化問題會(huì)在一定程度上降低接收機(jī)系統(tǒng)的性能并引起干擾，所以對(duì)天線陣的低交叉極化綜合一直是學(xué)者們研究的熱點(diǎn)問題。對(duì)于共形天線陣，由于天線單元共形在二次曲面上，所以每個(gè)天線單元的指向都不相同，尤其是對(duì)于圓極化天線單元，天線的不同指向會(huì)引起天線陣的交叉極化惡化。在這種情況下，需要對(duì)主極化和交叉極化進(jìn)行同時(shí)綜合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目 的是提供一種基于雜草算法的共形天線陣方向圖綜合方法，即以適應(yīng)度為基準(zhǔn)繁殖機(jī)制、采用子父代競(jìng)爭(zhēng)排斥機(jī)制的共形天線陣方向圖綜合算法，該種算法具備全局性和有效性，可防止陷入局部最優(yōu)解、最大限度保留有用信息。
[0010]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，基于雜草算法的共形天線陣方向圖綜合方法，其特征是，至少包括如下步驟:
[0011]步驟101:種群初始化，根據(jù)編碼方式，隨機(jī)產(chǎn)生初始種群，初始種群中的雜草個(gè)數(shù)N可根據(jù)實(shí)際問題的規(guī)模和復(fù)雜度進(jìn)行確定，即N個(gè)雜草以隨機(jī)方式在d維空間擴(kuò)散分布，設(shè)置試驗(yàn)參數(shù)，計(jì)算適應(yīng)度函數(shù)值；
[0012]步驟102:生長繁殖，即生長繁殖是根據(jù)每個(gè)個(gè)體自身的適應(yīng)性，即適應(yīng)度函數(shù)值，計(jì)算每個(gè)個(gè)體能產(chǎn)生種子的個(gè)數(shù)；
[0013]步驟103:空間擴(kuò)散，即IWO算法種群產(chǎn)生的種子被隨機(jī)播撒在d維空間中，產(chǎn)生種子的方式是通過將某個(gè)解加上某個(gè)數(shù)值D，而該數(shù)值的變化標(biāo)準(zhǔn)差σ在每一代的取值范圍限定為最初的區(qū)間步長Oinitial與最終的區(qū)間步長Qfinal之間，則它們之間的關(guān)系為
[0014]
【權(quán)利要求】
1.基于雜草算法的共形天線陣方向圖綜合方法，其特征是，至少包括如下步驟:步驟101:種群初始化，根據(jù)編碼方式，隨機(jī)產(chǎn)生初始種群，初始種群中的雜草個(gè)數(shù)N可根據(jù)實(shí)際問題的規(guī)模和復(fù)雜度進(jìn)行確定，即N個(gè)雜草以隨機(jī)方式在d維空間擴(kuò)散分布，設(shè)置試驗(yàn)參數(shù)，計(jì)算適應(yīng)度函數(shù)值；步驟102:生長繁殖，即生長繁殖是根據(jù)每個(gè)個(gè)體自身的適應(yīng)性，即適應(yīng)度函數(shù)值，計(jì)算每個(gè)個(gè)體能產(chǎn)生種子的個(gè)數(shù)；步驟103:空間擴(kuò)散，即IWO算法種群產(chǎn)生的種子被隨機(jī)播撒在d維空間中，產(chǎn)生種子的方式是通過將某個(gè)解加上某個(gè)數(shù)值D，而該數(shù)值的變化標(biāo)準(zhǔn)差σ在每一代的取值范圍限定為最初的區(qū)間步長Oinitial與最終的區(qū)間步長Qfinal之間，則它們之間的關(guān)系為 - /rerY
2.依據(jù)權(quán)利要求書I所述基于雜草算法的共形天線陣方向圖綜合方法，其特征是:所述步驟102，生長繁殖中，各雜草所產(chǎn)生的種子個(gè)數(shù)為計(jì)算公式為:
【文檔編號(hào)】G06N3/00GK103606005SQ201310439721
【公開日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月24日
【發(fā)明者】李蕊, 徐樂, 任學(xué)施, 崔艷鵬, 陳曦, 尹應(yīng)增 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)