[发明专利]基于蚁狮算法的稀疏天线方向图综合方法

说明书

本发明提出了一种基于蚁狮算法的稀疏天线方向图综合方法，主要用于解决现有技术在进行稀疏天线旁瓣抑制的过程中容易产生陷入局部最优，过度依赖初始解，从而降低稀疏天线旁瓣抑制能力的问题。本发明通过将初始化种群按适应度值高低分为精英蚁狮、蚁狮种群和蚂蚁种群，并同时分别对精英蚁狮、蚁狮种群、蚂蚁种群进行多次交替投影机制、差分进化机制、随机寻优进行优化，兼具全局搜索的能力以及快速收敛的特性，确保在少量迭代次数的情况下最大限度的提高稀疏天线的旁瓣和主瓣宽度抑制性能。

技术领域

本发明属于雷达天线技术领域，更进一步涉及雷达天线技术领域中的基于蚁狮算法的稀疏天线方向图综合方法。本发明可用于对稀疏阵列天线中的方向图幅度的旁瓣和主瓣宽度进行抑制，从而提高天线方向图性能。

背景技术

均匀阵列天线因其简便的阵列结构和方便的数学计算模型在实际应用中较为常见。但是均匀阵列存在难以克服的缺陷：入射波长较小时，阵元间会出现互耦效应，对天线阵列的特性造成严重的影响；而且，阵列天线方向图幅度的主瓣宽度通常与其孔径成反比，如实现较窄的主瓣，要增加天线单元，阵列天线的造价成本随之升高。而阵元非均匀排布的稀布阵因其较高的自由度，能够克服上面缺陷并具有以下优点,第一，稀布阵列与同孔径大小的均匀阵具有相同的主瓣宽度，通常可采用较少的阵元实现较低的旁瓣电平，减少其工程成本与维护费用，降低了馈电复杂度；第二，当阵元数相同时，稀布阵列实现的孔径更大，由于阵元间距相应变宽，阵元间互耦效应减弱。然而，稀疏阵列天线方向图幅度的旁瓣和主瓣宽度抑制性能与阵元归一化激励有直接的关系，为了得到更好的旁瓣抑制性能，急需优化算法对其阵元归一化激励进行优化。

电子科技大学在其所申请的专利文献“基于遗传算法的子阵稀布与阵元稀疏天线阵列综合布阵方法”(专利申请号：201610723577.4，申请公开号：CN106099393A)中公开了一种基于遗传算法的子阵稀布与阵元稀疏天线阵列方向图综合方法。该方法的步骤为：建立布阵模型，建立优化模型，采用遗传算法优化上述优化模型，将两个最终种群计算适应度函数，函数最小值对应的个体对即为最优结果。由于该发明通过在阵列稀疏的过程中加入遗传算法，所以得到比穷举法等普通方法更优的稀疏结果。但是，该方法仍然存在的不足之处是：该发明没有考虑到稀疏过程中，容易陷入局部最优的情况，并且，在阵列初始位置不佳的情况下无法得到和其他情况相近的方向图旁瓣抑制性能，这些情况的出现都会引起天线方向图旁瓣和主瓣宽度抑制性能的下降。

哈尔滨工业大学在其所申请的专利文献“基于量子蝙蝠搜索的天线阵稀疏构建与方向图综合方法”(专利申请号：201510012377.3，申请公开号：CN104537185A)公开了一种基于量子蝙蝠搜索的稀疏天线阵列方向图综合方法，该专利申请的步骤如下：建立阵列模型，建立优化模型，采用量子蝙蝠搜索的方法优化上述模型，获得连续蝙蝠群体的全局量子位置及其映射的位置，计算种群的适应度值并得出天线阵的最优激励幅度；该专利通过在天线阵稀疏过程中引入量子蝙蝠搜索机制，提高了迭代过程中的全局搜索性能，但是，其方法依然存在的不足之处在于：该发明没有考虑到稀疏过程中，容易陷入局部最优的情况，并且，在阵列初始激励不佳的情况下无法得到和其他情况相近的方向图旁瓣抑制性能，这些情况的出现都会引起天线方向图旁瓣和主瓣宽度抑制性能的下降。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种基于蚁狮算法的稀疏天线方向图综合方法。

实现本发明目的的思路是：将初始稀疏天线种群按适应度值高低分为精英蚁狮、蚁狮种群和蚂蚁种群，并同时分别对精英蚁狮、蚁狮种群、蚂蚁种群进行差分进化算法、交替投影算法、蚂蚁个体修正游走方法进行更新，新稀疏天线种群重新按适应度值选择蚂蚁种群，蚁狮种群和精英蚁狮。在进行多次迭代后，精英蚁狮适应度即为全局最优值。

根据上述技术思路，实现本发明目的采取的技术方案包括如下步骤：

(1)建立稀疏天线模型：