一種基于粒子群算法的全頻段上的天線布局優化的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種天線布局的優化方法，更特別地說，是一種利用粒子群算法，在某 頻段上針對天線間隔離度的天線布局優化方法。
【背景技術】
[0002] 隨著電子信息技術的發展，機載電子設備的種類和數量急劇增加。為了滿足現代 戰場環境下對通信、導航、目標識別等的需要，越來越多的天線被安裝在飛機上，其電磁兼 容性設計便成為工程設計中的一個重要課題。與天線密集布置相伴的是嚴重的無線電干 擾，無線電系統間電磁干擾主要傳輸途徑是天線間的禪合。常用隔離度來定量表征運種禪 合的強弱程度，它定義為一根天線發射功率與另一根天線所接收功率之比，用地來表示。
[0003] 飛機上由于可用空間有限，多部天線同時在很小的區域內工作的情況不可避免， 因此，天線間的禪合和干擾非常嚴重。現有技術對于一個多天線系統進行電磁兼容設計時， 只能保證某對天線的隔離度達到最大，而不能提高整個天線系統的隔離度，使得系統內所 有天線間電磁兼容。
[0004] 粒子群優化算法，縮寫為PS0,是一種為了解決多目標優化問題的進化算法。粒子 群由m個粒子組成，每個粒子在n維空間中按一個速度飛行，飛行的位置就是優化問題的潛 在解。粒子i的當前位置可W表示為Xi(t) = (X。，Xi2,…，XJ，Xi。代表第i個粒子在第n 維上的坐標。粒子i的當前速度可W表示為Vi(t) = (Vii，Vi2,…，vJ，Vi。代表第i個粒子 在第n維上的移動速度。粒子i根據其當前位置可W得到當前的適應值(t)，或稱為目標 函數值。粒子已經經歷的最優位置對應的適應值為個體極值，用./L表示，此時粒子的位置 用玻M表示。所有粒子的個體極值中的最優解為全局極值，用/品表示，此時粒子的位置用 姨來表示。每個粒子按照W下兩個公式更新它的速度和位置：
[0005] v.(/+l) =ivY^.(/) + ￡yi；(/)(//,, + ,-(/)-.r^(/)) (1)
[0006] Xij(t+1) =Xij(t)+Vij(t+1) (2)
[0007] 其中：i= 1，2,…，m表示第i個粒子，j= 1，2，…，n表示粒子的第j維，Cl、C2 為學習因子或加速常數，ri、。是均勻分布在（0，1)區間中的隨機函數，t為迭代次數的步 長，W為慣性權重。
【發明內容】
[0008] 本發明的目的是為了解決上述問題，提高存在相互干擾隱患的機載天線間隔離 度，優化天線布局，提出一種基于粒子群算法的全頻段上的天線布局優化，本發明利用 MTLAB編寫粒子群算法（PS0)程序，采用頻率歸一化和"欠設計率"的方法設置目標函數， 使得工作在不同頻段的天線能夠統一考慮，采用MTLAB調用FEK0優化機載天線隔離度。
[0009] 一種基于粒子群算法的天線布局優化方法，具體包括W下幾個步驟：
[0010] 其中第二步到第十步均在MTLAB中進行：
[0011] 第一步：建立天線優化模型；
[001引第二步：在MTLAB中設置PS0中的參數；
[0013] 第=步：設置初始迭代步長t= 1，隨機初始化所有粒子的位置Xi(t)和速度 Vi(t);
[0014] 第四步：讀取第一步生成的*.pre文件，將(t)寫入*.pre文件，每當一個粒子 的(t)被寫入*.pre文件中，就會生成一個新的*.pre文件，在此假設粒子群中共有N個 粒子，最終就生成了N個*.pre文件；
[0015] 第五步：在MATLAB中依次運行N個*.pre文件，計算當前優化變量的仿真結果，生 成N個新的*.out文件；
[001引第六步：從*.out文件中讀取S參數，設置目標函數；
[0017] 第屯步：計算粒子i的目標函數值，即其適應值fi(t);
[001引第八步：更新粒子i和種群最優值./L，/&L;如果乂，貝>1/L= 灼，政二有賊*如果i巧空錫則.獻=龍的)撫::=兩賊;：
[0019] 第九步：更新所有粒子的速度Vi(t)和位置Xi(t)，每個粒子都會根據個體極值 鬼和全局極值:乂心，W速度Vi(t)在指定區域內捜索最優解和最優位置；
[0020] 第十步：根據.瓶,和當前的迭代次數進行判斷，判斷是否完成全部迭代，或連續多 次迭代結果相同，若滿足，停止迭代，若不滿足，則設置t=t+1并返回第四步；
[0021] 第十一步：迭代結束后，得到/點，和；
[0022] 本發明采用頻率歸一化和"欠設計率"的方法設置目標函數，其特征包括：
[0023] 設置目標函數，目的是為了使多對天線間隔離度同時都最大，而不是單使某對天 線間的隔離度最大。由于各個天線的工作頻段不同，因此在此采用頻率歸一化的方法，對同 工作頻段上的天線對進行分析，得到各自的隔離度裕值5 1,，可表示為：
[0024]
[00巧]其中Tii(f)表示天線i與天線j之間的隔離度標準值，可W通過發射端反射功率 和接收端接收機靈敏度來確定，Ti，'（f)表示相應的實測隔離度值。因此，可W得到不滿足設 計要求部分的面積與標準口限值面積的比率，即欠設計的百分比，如圖2中陰影部分所示。
[0026] 仿真中得到的隔離度數據為離散值，將工作頻域劃分成M段，則：
[0027]
《4)
[002引若得到T。也)-T。'也）> 0,說明在頻點fk處隔離度不滿足要求，5。取差值； [002引若Ti,也)-Ti，'也）《0,說明在頻點fk處隔離度滿足要求，5。取0。最終形成裕 值矩陣：
[0030]
巧)'
[0031] 對于整個系統的天線隔離度而言，由于系統中存在多對天線需要進行優化，屬于 多目標優化問題，多目標優化可W采用下面的數學模型進行描述：
[0032] V_minF(X)=化（X)，Fz(X)，Fs(X)，…，Fm(X) ]XGr(6)
[0033] V_min表示向量極小化，即目標向量F(x) = [Fi(x)，F2(x)，F3(x),…，Fm(x)]中的 各子目標函數都盡可能小。因此最終目標函數定義為：
[0034] F(巫，5U) =minX5U(i聲 _]?) (7)
[0035] 本發明對比已有技術具有W下顯著優點：
[0036] FEK0中對于天線位置的優化只能基于單個頻點進行操作，不能處理頻段上的問 題。本發明在設置PS0算法的目標函數時，將工作頻段進行"歸一化"處理，使得工作在不 同頻段的天線能夠統一考慮，并采用"欠設計比率"來衡量系統多天線間隔離度，建立優化 目標，解決了機載多天線優化布局時，由于天線工作頻段不同而造成的無法統一進行量化 評估的問題。
【附圖說明】
[0037] 圖1是本發明的方法流程圖。
[0038] 圖2隔罔度與頻率的關系圖。
【具體實施方式】
[0039] 下面將結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明。
[0040] 在陽K0中生成的*.pre和*.out可文本的形式打開，所W在MATLAB中可W 像處理文本那樣來處理運些文件。在MATLAB中定義一個變量，該變量對應于FEK0的*.pre 文件中某一個變量（如：工作頻率、幾何模型的尺寸變量、模型旋轉角等）。運樣，就可W用 MATLAB控制FEK0中的運個變量，每改變一次該變量的值就可W重新生成一個新的*.pre文 件，然后調用RUN陽K0運行新生成的*.pre文件。同樣，可W應用MATLAB像處理文本一樣 來處理陽K0的結果文件*.out,來對仿真結果進行處理。
[0041] 在PS0算法中，實體被抽象為粒子，而粒子的位置就是所求問題的解。每個粒子都 會根據個體極值_/^.和全局極值應h，在一定隨機擾動的情況下決定下一步的移動方向。在 對機載天線進行布局時，天線的幾何結構參數是固定的，只有幾何位置參數可W看作是自 變量，而隔離度實際上就成為隨天線幾何位置參量變化的因變量。如果收發天線都位于遠 場區，天線間的S參數的絕對值即為天線間的隔離度。所W，選用S參數作為參量編寫目標 函數，選取待優化天線的位置坐標作為優化變量，即粒子群算法所處理的對象。
[0042] 根據天線的種類，在CADFEK0中設置優化模型，每根天線都代表一個優化模型。在 邸口FEK0中為每個優化模型設置優化變量，優化變量即為每根天線的幾何位置參量。在 MATLAB中不斷更新FEKO中的優化變量，直到該優化變量使目標函數值最小為止，即使每根 天線間的隔離度都達到最大，該優化變量就是每根天線的最優位置。
[0043] 本發明的一種基于粒子群算法的天線布局優化方法，流程如圖1所示，具體包括 W下幾個步驟，其中第二步到第十步均在MTLAB中進行：
[0044] 第一步：建立優化模型。
[0045] 飛機上由于存在多對天線