[发明专利]一种多尺度天线平台辐射特性的快速分析方法

权利要求书

1.一种多尺度天线平台辐射特性的快速分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、利用特征模理论对多尺度天线平台进行特征分析，得到不同特征模式下的特征场；

步骤2、利用天线特征角的大小来选择特征模式，对天线的辐射场进行线性叠加，得到天线的合成特征场；

步骤3、设定目标函数，利用MOEA/D优化器求得不同特征模式下的模式权重系数，根据模式权重系数选择对应的特征模式，利用这些特征模式合成辐射方向图。

2.根据权利要求1所述的多尺度天线平台辐射特性的快速分析方法，其特征在于，步骤1所述的利用特征模理论对多尺度天线平台进行特征分析，得到不同特征模式下的特征场，具体如下：

步骤1.1、读取多尺度天线平台的几何信息和控制参数；

步骤1.2、由积分方程计算多尺度天线平台的阻抗矩阵；

步骤1.3、由积分方程建立广义特征值方程，求解多尺度天线平台的广义特征值方程；

广义特征值方程如下：

XJ_n＝λ_nRJ_n (1)

式中，R和X是阻抗矩阵的实部和虚部，J_n和λ_n是特征电流及特征值；

步骤1.4、计算多尺度天线平台的特征电流和特征场。

3.根据权利要求1所述的多尺度天线平台辐射特性的快速分析方法，其特征在于，步骤2所述的利用天线特征角的大小来选择特征模式，对天线的辐射场进行线性叠加，得到天线的合成特征场，具体如下：

步骤2.1、计算多尺度天线平台的特征角，公式如下：

CA＝180°-tan^-1λ_n (2)

式中，λ_n表示特征值，当CA＝180°时，该模式为谐振模式；

步骤2.2、设定特征角在[135°，225°]范围内的特征模式为初始主要特征模式，选择所有主要特征模式进行特征模式的线性叠加，得到合成特征场；

感应电流及相关的电场叠加公式如下：

式中，E_n表示特征电流J_n辐射的特征电场，J是总电流，E是总电场，n为特征模式的个数，a_n是特征模式的模式权重系数，a_n在[0，1]范围内随机取值。

4.根据权利要求1所述的多尺度天线平台辐射特性的快速分析方法，其特征在于，步骤3所述的设定目标函数，利用MOEA/D优化器求得不同特征模式下的模式权重系数，根据模式权重系数选择对应的特征模式，利用这些特征模式合成辐射方向图，具体如下：

步骤3.1、设定约束多尺度天线平台某一方向的辐射性能的目标函数为：

公式(5)中θ₀和分别表示合成方向图的最大方向的俯仰角和方位角，θ_desired和分别表示指定的方向图主波束方向的俯仰角和方位角；f₁(a^(k))指特定辐射模式对应的主波束方向；公式(6)、(7)表示主波束功率与整个多尺度天线平台功率的比值，S_∞表示整个辐射空间范围，f₂(a^(k))指在S_MR波束范围内辐射出更多的能量，S_MR定义为圆锥范围45°≤θ≤135°和f₃(a^(k))表示在S_MR1波束范围内尽量辐射出较少的能量，S_MR1定义为圆锥范围45°≤θ≤135°和a^(k)为每优化一次对应的一组模式权重系数的值，E、H分别为电场和磁场分量，ds表示面积元；

步骤3.2、利用MOEA/D优化器求得不同特征模式下的模式权重系数，具体如下：

采用切比雪夫方法，将Pareto前沿的逼近问题转化为若干标量子问题，聚合函数定义如下所示：

其中，g^tche表示采用切比雪夫方法聚合后的目标函数，f_i(x)为每优化一次求出的目标函数值，x∈Ω为决策变量，z^*＝min{f_i(x)|x∈Ω}，i∈{1，2，…，m}，λ＝(λ₁，λ₂，…，λ_m)^T为权重向量，满足λ_i≥0，i＝1，…，m且

对于每一个Pareto最优点x^*存在一个权重向量λ，所以公式(8)的最优解就是多目标优化的Pareto最优解；

MOEA/D算法框架如下：

设置一组均匀分布的权重向量λ₁，…，λ_m，权重向量满足下面的条件：

λ₁+λ₂+…+λ_m＝1或(λ₁)²+(λ₂)²+…+(λ_m)²＝1

其中i∈1，2，…，m，H是正整数，权重向量的每个权重都是不重复的从中随机选取，权重向量的个数满足以下公式：

其中，m是目标函数的个数，N是种群大小；

生成权重向量后，设定一个参考点z^*，用切比雪夫聚合方法将Pareto前沿的逼近问题分解为m个标量优化子问题，j个子问题的目标函数是：

MOEA/D在一次运行中同时最小化这些目标函数；

步骤3.3、选择模式权重系数大的对应的特征模式，利用这些特征模式合成辐射方向图，具体如下：

根据需要选择一组模式权重系数a^(k)的值，再选择a^(k)的值在区间[0.5，1)内对应的特征模式，这些模式对合成后的辐射方向图的贡献大。