引 P(10):當連續(xù)5次迭代中函數(shù)的適應值不變時，停止迭化因為總共迭代30次，所 ^?巧）、？(10)的值影響不大。
[0090] 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 乂1(*)。在此實驗中，粒子的位置向量就是優(yōu)化變量，記為^1=狂2 1，￥21，乂31，￥31)，其中1 = 1, 2, 3〇
[00川第四步：讀取.口'6文件，找到其中變量乂2，￥2，乂3，￥3的值，利用化^盾環(huán)，將第1 個粒子所對應的Xi=狂21，Y2i，X3i，Y3i)寫入*.pre文件中，更新*.pre文件中的X2,Y2， X3,Y3的值，每寫入一次便生成一個新的*.pre文件，最終生成了 3個*.pre文件。
[009引第五步：通過dos函數(shù)調用PR邸EKO、RUN陽K0,生成新的*.out文件，最終生成了 3個*.out文件。
[0093] 第六步：編寫目標函數(shù)。在此例中網(wǎng)絡互易，有S21 =S12，S31 =S13，S32 =S23， 只需分別從每個*.out文件中讀取S21、S31、S32的值，對每個S參數(shù)都將讀取10個頻點 的值，將其取絕對值，然后放入定義好的向量中。因為粒子數(shù)等于3,頻點為10,所W最終生 成3個10維的向量T^，定義隔離度標準值為T= 104地的10維向量，利用公式（4)計算 S21、S31、S32,則目標函數(shù)F(巫，6。）=621+631+632。
[0094] 第屯步：根據(jù)目標函數(shù)計算粒子i的適應值(t)，分別得到3個粒子的適應值。 [009引第八步：更新粒子i和種群最優(yōu)值/L，/點,，比較每個粒子的適應值fi(t)與 個體極值底，和全局極值iL的優(yōu)劣。如果乂，則乂L,=《汾，;如果 似^說，，則.佑,=乂的，娩,=-Y,的。
[0096] 第九步：按照公式（1)、（2)更新所有粒子的速度Vi(t)和位置(t)。
[0097] 第十步：根據(jù)爲M和當前的迭代次數(shù)判斷迭代是否結束。若完成全部迭代，或連續(xù) 多次迭代結果相同，則迭代結束；否則設置t=t+1并返回第四步。
[009引第十一步：當?shù)Y束后，得到/品，姑W。
[0099] 最終優(yōu)化的結果如表1所示：
[0100] 表1實施方式中天線2和3的位置優(yōu)化的結果
[0101]
[0103]天線2的X方向范圍X2設置在[50 100]，Y方向范圍Y2設置在[050];天線3的 X方向范圍X3設置在[0 50]，Y方向范圍Y3設置在[50 100]。本設計的結果顯示，S根天 線間的距離同時都保持最遠，此時=根天線間的隔離度同時都盡可能最大，雖然優(yōu)化結果 與理論值有一定誤差，但誤差不大，證明了該方法的正確性。
【主權項】
1. 一種基于粒子群算法的全頻段上的天線布局優(yōu)化方法，具體包括以下幾個步驟： 其中第二步到第十步均在MATLAB中進行： 第一步：建立天線優(yōu)化模型； 根據(jù)天線的種類，在CADFEKO中建立天線優(yōu)化模型，設置每種天線的工作頻率，在EDITFEK0中將天線的幾何位置設置為優(yōu)化變量，生成pre文件； 在PSO算法中，設Xi (t) = (Xil,Xi2，…，Xin)表示第i個粒子的n維位置向量，Vi⑴=(Vil, vi2，…，vin)表示第i個粒子的n維速度向量，在天線布局方案中，將優(yōu)化變量抽象為粒 子的位置向量Xi (t)，優(yōu)化變量和粒子的位置向量存在一一對應的關系，假設要優(yōu)化k根天 線，由待優(yōu)化的所有天線的位置集合?表示優(yōu)化變量,P1表示第i根天線的三維位置坐標， 則優(yōu)化變量?如下： ? = (P1,P2, ???,PkI= {(x1;Y1,Z1), (x2,j2,z2), ??? (xk,yk,zk)} 采用粒子的位置向量X1 (t)來代表優(yōu)化變量? ; 第二步：在MATLAB中設置PSO中的參數(shù)； 設置優(yōu)化變量的維數(shù)D、優(yōu)化變量的變化范圍VarRange、最大速度mv、迭代次數(shù)T、粒子 個數(shù)N、學習因子C1、學習因子C2、慣性權重w; 第三步：設置初始迭代步長t= 1，隨機初始化所有粒子的位置X1 (t)和速度V1 (t)，其 中粒子的位置在VarRange的范圍內，粒子的速度被限制在[0，mv]內； 第四步：讀取第一步生成的*.pre文件，將Xi (t)寫入*.pre文件，每當一個粒子的Xi (t)被寫入*.pre文件中，就生成一個新的*.pre文件，文件的個數(shù)與粒子個數(shù)相等，在此 假設粒子群中共有N個粒子，最終就生成N個*.pre文件； 第五步：在MATLAB中通過dos('prefekofilename'）命令，啟動PREFEK0模塊對N個*.pre模型進行網(wǎng)絡刨分，通過dos('runfekofilename'）命令，調用RUNFEK0模塊，運行 N個*.pre文件，計算當前優(yōu)化變量的仿真結果，生成N個新的*.out文件； 第六步：從*.out文件中讀取S參數(shù)，設置目標函數(shù)； 第七步：計算粒子i的目標函數(shù)值，即其適應值fjt); 第八步：更新粒子i和種群最優(yōu)值./L,，及,；如果./；⑴</"，則I，=雙『），:與M ;如果名:的《.息t，.則乂坊=.V又)；在每一次的迭代過程 中，對于每個粒子都有自己的個體極值/二和該極值所對應的粒子的位置/4, .，/二表示 第i個粒子適應值的極小值，表示此極小值所對應的天線的幾何位置；對于整個種群 具有全局極值/么,和該極值所對應的粒子的位置戶t，/1表示所有粒子的個體極值中的 最優(yōu)解，Jti,表示此最優(yōu)解所對應的天線的幾何位置； 第九步：按照公式（1)、（2)更新所有粒子的速度V1 (t)和位置X1 (t)，每個粒子都會根 據(jù)個體極值和全局極值AL，以速度V1 (t)在指定區(qū)域內搜索最優(yōu)解和最優(yōu)位置； 其中：每個粒子按照以下兩個公式更新它的速度和位置： Vif (r+1)：+m^CpL.ji^) - xi,co)+,U XpfestM ~ -s{t ^ (:1) Xi j (t+1) = xi j(t)+vi j(t+l) (2) 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，Cpc2為學 習因子或加速常數(shù)，r2是均勻分布在（0,1)區(qū)間中的隨機函數(shù)，t為迭代次數(shù)的步長，w 為慣性權重； 第十步：根據(jù)/i和當前的迭代次數(shù)判斷迭代是否結束，若完成全部迭代，或連續(xù)多次 迭代結果相同，則迭代結束；否則設置t=t+1并返回第四步； 第十一步：迭代結束后，得到UP成,;，處;為所有天線間相互干擾都最小時天線的 幾何位置的向量。2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于粒子群算法的全頻段上的天線布局優(yōu)化方法，第六 步中所述目標函數(shù)的設置方法為： 采用頻率歸一化和"欠設計率"的方法設置目標函數(shù)，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Su，表示為：其中：T1Jf)表示天線i與天線j之間的隔離度標準值，通過發(fā)射端反射功率和接收端 接收機靈敏度來確定，T1/ (f)表示相應的實測隔離度值，得到不滿足設計要求部分的面積 與標準門限值面積的比率，即欠設計的百分比； 仿真中得到的隔離度數(shù)據(jù)為離散值，將工作頻域劃分成M段，則：若得到Tlj (fk)-T1, (fk) >0,貝丨J在頻點&處隔離度不滿足要求，Su取差值； 若Tlj (fk)-T1, (fk)彡0,貝丨J在頻點fk處隔離度滿足要求，Su取〇; 最終得到裕值矩陣：由于系統(tǒng)中存在多對天線需要進行優(yōu)化，屬于多目標優(yōu)化問題，多目標優(yōu)化采用下面 的數(shù)學模型進行描述： V_minF(x) = [F1(X)1F2(X)1F3(X),…，F(xiàn)m(x)] xGRm (6) 其中：V_min表示向量極小化，SP目標向量F(x) = [F1(X),F2(X),F3(X),…，F(xiàn)m(X)]中的 各子目標函數(shù)都盡可能??； 得到最終目標函數(shù)為：
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于粒子群算法的全頻段上的天線布局優(yōu)化方法，該方法步驟一在FEKO中建立優(yōu)化模型，生成*.pre文件；步驟二設置PSO參數(shù)；步驟三設置初始迭代步長t＝1，隨機初始化粒子位置xi(t)和速度vi(t)；步驟四將xi(t)寫入*.pre文件；步驟五啟動PREFEKO、RUNFEKO模塊，生成*.out文件；步驟六采用“欠設計率”的方法設置目標函數(shù)；步驟七計算粒子i的適應值fi(t)；步驟八更新步驟九更新所有粒子的速度vi(t)和位置xi(t)；步驟十判斷是否完成全部迭代，若否，設置t＝t+1并返回第四步；步驟十一得到所有天線最優(yōu)位置的向量本發(fā)明相對于FEKO解決了機載多天線優(yōu)化布局時，由于天線工作頻段不同而造成的無法統(tǒng)一進行量化評估的問題。
【IPC分類】G06N3/00, G06F17/50
【公開號】CN105224743
【申請?zhí)枴緾N201510633894
【發(fā)明人】賈云峰, 尚進, 魏嘉利, 楊柳, 蘇東林, 劉焱
【申請人】北京航空航天大學
【公開日】2016年1月6日
【申請日】2015年9月29日