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基于动态参数差分进化算法的多约束稀布矩形面阵优化

姚敏立 王旭健 张峰干 戴定成

引用本文: 姚敏立, 王旭健, 张峰干, 戴定成. 基于动态参数差分进化算法的多约束稀布矩形面阵优化[J]. 电子与信息学报, doi: 10.11999/JEIT190346 shu
Citation:  Minli YAO, Xujian WANG, Fenggan ZHANG, Dingcheng DAI. Synthesis of Sparse Rectangular Planar Arrays with Multiple Constraints Based on Dynamic Parameters Differential Evolution Algorithm[J]. Journal of Electronics and Information Technology, doi: 10.11999/JEIT190346 shu

基于动态参数差分进化算法的多约束稀布矩形面阵优化

    作者简介: 姚敏立: 男,1966年生,教授,研究方向为宽带移动卫星通信、阵列信号处理;
    王旭健: 男,1994年生,硕士生,研究方向为阵列天线优化设计;
    张峰干: 男,1985年生,博士,研究方向为阵列信号处理、阵列天线优化;
    戴定成: 男,1991年生,博士生,研究方向为阵列天线优化设计
    通讯作者: 王旭健,wxj_903@163.com
摘要: 针对多约束条件下稀布矩形平面阵列天线的优化问题,该文提出一种基于动态参数差分进化(DPDE)算法的方向图综合方法。首先,对差分进化(DE)算法中的缩放因子和交叉概率引入动态变化控制策略,提高搜索效率和搜索精度。其次,改进矩阵映射方法,重新定义映射法则,改善现有方法随机性强和搜索精度低的不足。最后,为检验所提方法的有效性进行仿真实验,实验数据表明,该方法可以提高天线优化性能,有效降低天线的峰值旁瓣电平。

English

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  • 图 1  矩形面阵结构示意图

    图 2  $\varphi = {0^{\rm{^\circ }}}$$\varphi = {90^{\rm{^\circ }}}$平面的方向图

    图 3  实验1的PSLL实验结果

    图 4  全平面远场方向图

    图 5  实验2的PSLL实验结果

    图 6  实验1阵元分布

    图 7  实验2阵元分布

    表 1  标准测试函数

    函数变量取值范围最小值
    f1$\displaystyle\sum\limits_{i = 1}^n {x_i^2} $[–100, 100]0
    f2$\displaystyle\sum\limits_{i = 1}^n {\left| {{x_i}} \right|} + \prod\limits_{i = 1}^n {{x_i}} $[–10, 10]0
    f3${\displaystyle\sum\limits_{i = 1}^n {\left( {\displaystyle\sum\limits_{j = 1}^i {{x_j}} } \right)} ^2}$[–100, 100]0
    f4$\displaystyle\sum\limits_{i = 1}^D {{{\left( {\left| {{x_i} + 0.5} \right|} \right)}^2}\quad } $[–100, 100]0
    f5$\displaystyle\sum\limits_{i = 1}^D {\left[ {x_i^2 - 10\cos \left( {2\pi {x_i}} \right) + 10} \right]} $[–5.12,5.12]0
    f6$ - 20{ {\rm{e} }^{ - 0.2\sqrt {\dfrac{1}{D}\displaystyle\sum\limits_{i = 1}^D {x_i^2} } } } - { {\rm{e} }^{\dfrac{1}{D}\displaystyle\sum\limits_{i = 1}^D {\cos \left( {2\pi {x_i} } \right)} } } + 20 + {\rm{e} }$[–32, 32]0
    f7$\dfrac{1}{ {400} }\displaystyle\sum\limits_{i = 1}^D {x_i^2} - \prod\limits_{i = 1}^D {\cos \left( {\frac{ { {x_i} } }{ {\sqrt i } } } \right)} + 1$[–600, 600]0
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    表 2  实验参数设置

    缩放因子交叉概率Cr种群规模NP迭代次数NI变量维度D缩放因子F变异概率Mr
    DPDE$1/\sqrt t $自适应5010000100/2000.50.5
    DE(无)0.5
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    表 3  DPDE和DE的实验结果对比(较好的以*标出)

    DPDE (D=100)DE (D=100)DPDE (D=200)DE (D=200)
    MEANSDPSR(%)MEANSDPSR(%)MEANSDPSR(%)MEANSDPSR(%)
    f12.72E-28*5.23E-561001.86E-145.94E-291005.16E-17*6.17E-341001.87E+017.91E+000
    f21.87E-14*5.83E-291007.97E-092.65E-1801.01E-08*9.34E-1804.73E+003.23E-010
    f31.41E+00*3.61E-0203.39E+055.07E+0809.04E+00*1.32E+0001.33E+061.02E+100
    f49.25E-28*9.62E-551001.99E-146.35E-291001.97E-16*1.01E-321001.92E+011.12E+010
    f53.72E+01*1.77E+0207.67E+023.69E+0202.11E+02*2.14E+0302.04E+038.78E+020
    f61.54E-14*3.52E-301002.80E-083.13E-1701.68E-09*2.27E-1902.05E+009.44E-010
    f78.66E-17*2.16E-331001.08E-141.55E-291002.33E-16*1.64E-331002.74E+001.12E-010
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    表 4  仿真实验结果对比(dB)

    实验方法最优值均值最差值方差
    实验1本文方法–62.093–60.395–58.1410.898
    MGA–45.456–43.864
    MMM–51.499–49.269
    AMM–61.454–58.922
    实验2本文方法–22.753–21.287–19.0380.363
    MGA–18.840
    MMM–20.384
    AMM–21.886–20.456
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  • 通讯作者:  王旭健, wxj_903@163.com
  • 收稿日期:  2019-05-16
  • 录用日期:  2019-09-06
  • 网络出版日期:  2020-01-31
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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