(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202110251847.7 (22)申请日 2021.03.08 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 113033080 A (43)申请公布日 2021.06.25 (73)专利权人 浙江大学 地址 310058 浙江省杭州市西湖区余杭塘 路866号 (72)发明人 宋春毅　王昕　俞鼎柯　席玉章　 方文巍　徐志伟　李欢　 (74)专利代理 机构 杭州求是专利事务所有限公 司 33200 专利代理师 贾玉霞 (51)Int.Cl. G06F 30/27(2020.01) G06N 3/00(2006.01)H01Q 21/00(2006.01) G01S 7/03(2006.01) G06F 111/06(2020.01) (56)对比文件 CN 106886656 A,2017.0 6.23 US 2020358206 A1,2020.1 1.12 CN 107657070 A,2018.02.02 路占波.遗传算法在共形天线阵方向图综合 中的应用. 《系统仿真学报》 .20 09, 赵菲等.考虑互耦修 正的共形天线阵方向图 综合研究. 《国防科技大 学学报》 .201 1,(第06 期), 杨永建等.基 于改进粒子 群算法的共形阵列 天线综合. 《现代雷达》 .2012,(第12期), 刘肖萌等.基 于投影矩阵法的阵列天线 波束 形成方法. 《雷达学报》 .2012,(第01期), 审查员 李丽萍 (54)发明名称 一种基于解空间裁剪粒子群算法的共形阵 方向图综合方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于解空间裁剪粒子群 算法的共形阵方向图综合方法， 该方法首先选取 多优化目标中的峰值旁瓣电平指标， 设计了基于 改进幅相投影 法和快速傅里叶变换的迭代过程， 完成阵元激励幅度动态范围约束下的方向图单 目标综合； 并基于上述迭代得到的共 形阵阵元激 励， 进行粒子群算法解空间裁剪， 使粒子群进行 小范围的精细化搜索， 最终实现共 形阵方向图的 多目标综合， 得到满足多个优化目标的共形阵阵 元激励。 本发 明使用低复杂 度快速傅里叶变换方 法对粒子群算法解空间进行裁剪， 降低算法计算 量， 有效避免了粒子群算法的局部收敛问题， 显 著提升了粒子群算法解决共形阵方向图多目标 综合问题时的算法性能。 权利要求书3页 说明书7页 附图3页 CN 113033080 B 2022.06.28 CN 113033080 B 1.一种基于解空间裁剪粒子群算法的共形阵方向图综合方法， 其特征在于， 包括以下 步骤： S1： 将峰值旁瓣电平抑制指标SLL作为唯一指标， 基于投影阵列与共形阵列之间的激励 转换关系和投影阵列与均匀阵列阵元激励之间的最小二乘关系， 实现共形阵列与均匀阵列 之间的阵元激励转换， 使用IFFT和FFT方法对方向图进 行快速计算和处理， 得到阵元激励幅 度动态范围约束下的满足SL L的共形阵 阵元激励； S2： 根据S1得到的阵元激励， 进行粒子群算法的解空间裁剪， 并设计非线性更新的权重 系数， 保证充分的全局搜索， 根据多个优化目标设计适应度函数， 对共形阵方向图做进一步 优化， 得到阵元激励幅度动态范围约束下的满足多个优化目标的共形阵 阵元激励； 所述S1通过以下子步骤来实现： S1.1： 根据设计指标设置优化目标， 包括归一化远场方向图峰值旁瓣电平抑制指标 SLL、 主波束第一零陷宽度最大值FNMWe、 期望零陷位置 与零陷深度 S1.2： 设定阵元 数N， 阵元编号1～N， 设定阵元工作中心频率f， 计算得到波长 λ： 其中， c＝3 ×108m/s， 为真空中电磁波速度； 设定阵元间距为 以阵列对称 中心点所在切线方向为x轴 方向， 以过该点法线方向为y 轴方向， 建立全局直角坐标系， 并将各阵元在局部坐标系下的方向图函数f( θ )转换为全局 坐标系下的方向图函数fn( θ )， 计算得到共形阵列远场方向图F( θ )： 其中： An为第n个阵元的激励； k为波长数， 为主波束指向的远场方向； 为第n个 阵元在全局坐标系下的位置 矢量； j表示虚数 单位； S1.3： 设定共形阵 阵元激励幅度动态范围最大值 为drr， 将阵元激励An表示为： An＝In·exp(jαn)    (3) 其中， In为第n个阵元激励的幅值， αn为第n个阵元激励的相位； 计算得到In的取值范围 其中 为主波束方向在全局坐标系下的位置 矢量； S1.4： 在S1.3所确定的幅值范围内， 随机初始化共形阵 阵元激励； S1.5： 设定主波束方向θ0＝0°， 为全局坐标系y轴方向， 在主波束方向上对共形阵列进行 投影， 得到投影阵列； 投影阵列阵元x轴方向坐标与对应共 形阵列阵元相等， y轴方向坐标为 0； 基于近似相等的峰值旁瓣电平关系， 投影阵列与共形阵列之间的激励转换关系通过下式 计算： 其中， Ipn为投影阵列第n个阵元的激励幅度； |fn( θ0)|为共形阵列第n个阵元在主波束方 向的阵元 方向图幅度； |f( θ0)|为投影阵列中阵元 方向图在主 波束方向的幅度； 将投影阵列按照更小的间距进行插值， 将投影阵列转换为间距更小的均匀阵列， 每个 投影阵列阵元通过以其为中心的一段均匀阵列阵元来表示； 基于投影阵列和均匀阵列的导 向矢量矩阵之间存在的最小二乘关系， 得到投影阵列与均匀阵列之间的激励转换关系矩权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 113033080 B 2阵： 其中， Ep为投影阵列导向矢量矩阵， Ee为均匀阵列导向矢量矩阵， Ec为满足该最小二乘 关系的转换矩阵； S1.6： 依照均匀阵列与阵因子之间的逆傅里叶变换计算得到阵因子， 与阵元方向图的 乘积即为远场方向图； S1.7： 按照峰值旁瓣电平抑制指标SLL， 将超出该指标的方向图采样点数值修正为满足 指标的数值； S1.8： 将修正后的方向图除以阵元方向图得到阵因子， 并采用傅里叶变换得到均匀阵 列激励数值； S1.9： 对公式(4)和(5)进行逆运 算， 得到共形阵 阵元激励； S1.10： 根据阵元 幅度激励范围 对共形阵列阵元激励进行修正， 使其满足阵元激 励幅度动态范围限制； S1.11： 迭代进行S1.5 ‑S1.10， 如果共形阵阵元激励满足动态范围 并且方向图满 足峰值旁瓣电平抑制指标， 迭代终止， 否则运行到 设定的最大次数， 得到满足峰值旁瓣电平 抑制指标SL L的共形阵 阵元激励。 2.根据权利要求1所述的基于解空间裁剪粒子群算法的共形阵方向图综合方法， 其特 征在于， 所述S2通过以下子步骤来实现： S2.1： 基于S1得到的共形阵阵元激励和S1.3得到的 阵元激励的幅值范围 将解空 间进行合理的裁剪， 解空间的粒子每一维对应共形阵列中的一个阵元激励， 确定第i 维的解 空间搜索范围如下： 其中， 为粒子第i维搜索范围的下限， 为第i维搜索范围的上限， Xinit为S1得到的共 形阵阵元激励所组成的向量， 维数与共形阵阵元数相等， 为Xinit的第i维， σ 为解空间裁 剪因子， 代 表在S1得到的共形阵 阵元激励附近所保留的解空间范围； S2.2： 在裁 剪后的解空间中进行 粒子的位置及速度的随机初始化； S2.3： 按照下式计算粒子适应度， 更新个 体最优值和种群全局最优值 其中， slltotal为方向图所有采样点数值中所有高于峰值旁瓣电平抑制指标SLL部分的 加和； FNMW和FNMWe为第一零陷波束宽度的实际值与期望值； NULLpoint和 为零陷 位置的实际值与期望值； NULLvalue和 为零陷数值的实际值与期望值； μ1、 μ2、 μ3为 权重系数； S2.4： 利用下式计算并更新粒子的速度和位置：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 113033080 B 3