基于改进遗传算法的子阵级数字波束形成方法

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△ ＝ｄｃｏｓ０ｓｉｎ￣ｏ＝ｋｄ “ （１）
按垂直方向（Ｙ轴方向）
△ ＝ｄｓｉｎ０＝ｋｄｖ（２）
其中，ｋ＝２ｎ／，Ｕ＝ｃｏｓＯ・ｓｉｎｑ￣，１，＝ｓｉｎ０，ｄｘ和巩分别为ｘ轴和Ｙ轴方向的阵元间距，为来波信
ＪＶ口口００ｏｏｏｏｏｏｏｏ０ｏｏ０ｏｏｏｏｏ口口ｏｏｏｏ ★ 口口口口口口口口 ★★ ☆★ ★★ 口口口口口口口口 ★ ☆ ★ ★ ★ ★ 口口口凸 ★ 青 ★ 口口口口 ★ 青 ★ 口口口口ｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏ００ｏｏ０ ★ ｏｏｏｏｏｏ
ｔｙｐｅｓｏｆｗｅｉｇｈｔｓｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｃａｎｒｅａｌｉｚｅｓａｔｉｓｉｆｅｄｐａｔｔｅｒｎｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｉｍｐｒｏｖｅｄｇｅｎｅｔｉｃａｌｇｏｒｉｔｈｍ；Ｓｕｂａｒｒａｙｄｉｇｉｔａｌｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ；Ｐａｔｔｅｒｎ
△ （）：（，ｚ一
） △ 绵＋（ｍ－
） △ 九
（４）
其中， △ ＝竽ｙｓｉｎ００＝ｋｄｙＶ０， △ 丸：竽ｄｃ。ｓ０ｏ．ｓｉｎ＝ｋｄ。设
ＺｈａｎｇＨａｉｓｈｅｎｇ，ＹｕＹｏｎｇ，ＳｈｉＹａｈｕｉ
（ＢｅｉｊｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｌｅｍｅｔｒｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００７６，Ｃｈｉｎａ）
图２平面相控阵天线坐标关系
Ｆｉｇ．２Ｔｈｅｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｏｆｐｌａｎａｒｐｈａｓｅｄａｒｒａｙ
ａｎｔｅｎｎａ
设０、分别表示来波方向的俯仰角和方位角，则相邻阵元之间的空间相位差为按水平方向（Ｘ轴方向）
号的波长。
则位于平面阵第ｎ行ｍ列阵元与参考点的空间相位差为
Ａｑｋ（ｎ，ｍ）：（一） △ ＋（ｍ－）ＡＣｘ（３）
为了在（０ｏ，ｏ）方向获得最大增益，面阵第ｎ行ｍ列的阵元相对于参考点的相移量为
第３７卷第４期２０１６年７月
遥
测遥
控
Ｖ０１．３７．Ｎｏ．４
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＴｅｌｅｍｅｔｒｙ，ＴｒａｃｋｉｎｇａｎｄＣｏｍｍａｎｄ
Ｊｕｌｙ２０１６
基于改进遗传算法的子阵级数字波束形成方法木
引言数字波束形成ＤＢＦ（ＤｉｇｉｔａｌＢｅａｍＦｏｒｍｉｎｇ）技术是在数字域实现波束形成的技术，它保留了天线
阵列单元信号的全部信息，并可采用先进的数字信号处理技术对阵列信号进行处理，以获得优良的波
束形成性能。大型相控阵天线具：有成百上千个阵元，阵元级自适应数字波束形成将面临硬件系统复杂、
ｏｏｏｏｏ
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★ ★ ★ ｏｏｏｏ
★ ★ ★ ★ ★ 口口
★★ ★ ★ ★ ★ ★★ ★ ★★ ★ ★★ ★ 口口口口口口
★ ★ ★ ★ ★ 口口
★ ★ ★ ★ ☆ 口口
・
２・
张海生等，基于改进遗传算法的子阵级数字波束形成方法
第３７卷第４期
１平面相控阵天线模型
图１所示的平面阵采用矩形网格结构，方位向和俯仰向最大阵元数分别为和 Ⅳ，阵元间距分别为和，Ｑ个阵元划分为三个子阵，且子阵在４个象限呈对称分布，各子阵阵元数为Ｑｌ（１＝ｌ，２， …上），以面阵中心为参考点，平面相控阵的★★ ★ ★ ★ ★ ｏｏｏｏｏｏ
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ｏｏｏｏｏｏ音★ ★★ ★ ★ ★ ● ｏｏｏｏｏｏ一．ｏｏｏｏｏｏ ★ ★ ★★ ｔ青 ★ 齿ｏｏｏｏｏｏ ’
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｆｕｌｌｄｉｇｉｔａｌｂｅａｍ－ｆｏｒｍｉｎｇｉｎｌａｒｇｅｐｈａｓｅｄ — ａｒｒａｙｒａｄａｒｓｙｓｔｅｍｈａｓｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｃｏｍｐｌｅｘｈａｒｄｗａｒｅ，ｐｏｏｒｒｅａｌｔｉｍｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｈｉｇｈａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｃｏｓｔ．Ｔｈｕｓ，ｔｈｅｄｉｇｉｔａｌｂｅａｍ— ｆｏｒｍｉｎｇａｔｓｕｂａｒｒａｙｌｅｖｅｌｉｓａｄｏｐｔｅｄ．Ｂｕｔｔｈｅｓｕｂａｒｒａｙｂｅａｍ— ｆｏｒｍｉｎｇｍａｙｄｅｃｒｅａｓｅｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｓｔａｔｉｃｐａｔｔｅｒｎ．Ｔｏｓｏｌｖｅｔｈｉｓｐｒｏｂｌｅｍｔｈｉｓｐａｐｅｒｕｓｅｓａｎｉｍｐｒｏｖｅｄｇｅｎｅｔｉｃａｌｇｏｒｉｔｈｍｔｏｏｐｔｉｍｉｚｅｔｈｅｓｕｂａｒｒａｙｄｉｇｉｔａｌｂｅａｍ— ｆｏｍｉｒｎｇｐａｔｔｅｍ．Ｕｎｄｅｒｔｈｅｇｉｖｅｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｓｕｂａｒｒａｙｐａｒｔｉｔｉｏｎ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｅｓｅｎｔｓａｓｕｂａｒａｙｄｉｇｉｔａｌｂｅａｍ— ｆｏｍｉｒｎｇａｐｐｒｏａｃｈｂａｓｅｄｏｎｉｍｐｒｏｖｅｄｇｅｎｅｔｉｃａｌｇｏｒｉｔｈｍ．Ｔｈｅｗｅｉｇｈｔｓｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｉｓｄｏｎｅａｔ
ｓｕｂａｒｒａｙｌｅｖｅｌａｎｄｅｌｅｍｅｎｔｌｅｖｅｌｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙｉｎｔｈｅｄｉｇｉｔａｌｂｅａｍ— ｆｏｒｍｉｎｇｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｂｏｔｈｏｆｔｈｅｓｅｔｗｏ
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图１子阵划分示意图
Ｆｉｇ．１Ｔｈｅｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｓｕｂａｒｒａｙｐａｒｔｉｔｉｏｎ
等问题，不利于改善波束形成性能。本文对ＳＧＡ进行改进，并将改进遗传算法与子阵级波束形成算
法［］结合，得到一种基于改进遗传算法的子阵级波束形成算法，改善了波束形成性能。
基金项目：国防科技预研究项目（ＪＣＫＹ２０１３２０３Ｃ００３）收稿日期：２０１６ — ０２．２９收修改稿日期：２，０１６．０５ — １７
张海生，于勇，师亚辉
（北京遥测技术研究所北京１０００７６）
摘要：相控阵雷达系统中多采用子阵级数字波束形成技术来解决阵元级数字波束形成所面临的硬件系统复杂、
实时性低及应用成本高等问题，但子阵级波束形成技术往往会破坏静态方向图的性能。为保证方向图性能，采用改进遗传算法对子阵级数字波束形成算法进行优化，即在给定子阵划分的条件下，提出一种基于改进遗传算法的子阵级数字波束形成方法。采用此方法分别针对子阵级加窗与阵元级加窗处理进行仿真，结果表明两种加窗处理均可产生满足指标要求的波束方向图。关键词：改进遗传算法；子阵级数字波束形成；波束方向图
实时ｌ生！低及应用成本高等问题，难以实现。因此，考虑采用子阵级数字波束形成技术，但是子阵级处理会导致方向图出现栅瓣和栅零点，降低波束形成性能。而要保证子阵级波束形成的性能，就要对算

基于遗传算法的均匀子阵数字多波束形成研究

Ｖ１４，ｏ２ｏ．Ｎ．
文献标识码：Ａ
基于遗传算法的均匀子阵数字多波束形成研究
江禹生，周勋，刘枫
（．１重庆大学通信工程学院，重庆４０４；００４
２电子科技集团第二十九研究所，．四川成都６０３）１０６
摘
要：现代雷达系统一般采用子阵的形式减少通道数，匀划分的子阵有利于减小微波网络的实现难度，均但形成
２ＳｕｈｅｔｎｔｕｅｏｌｔｎｃＥｕｐｎ，ｈｎＤ１０６，ｈｎ）．ｏｔｓＩｓｔｔｆｅｒｉｑｉｗｉＥｃｏｍｅｔＣｅｇｕ６０３Ｃｉａ
Ａｂｔｃ：Ｍｏｅｒｄｒｓｓｅｓａｌｄｐｈｏｍｆｓｂｒａｎｏｄｒｔｅｕｅｔｅｎｍｂｒｏｓｒｔａｄｍａａｙｔｍｓｕｕｌａｏｔｔｅｆｒｏｕａｒｙｉｒｅｏｒｄｃｈｕｅｆｙ
一
个接收通道，阵之 பைடு நூலகம்再采用数字波束形成，子这样
可以极大地减小接收所需的通道数，少硬件成本，减
同时也减小了工程实现的难度。目前国内外对于子
阵数字波束形成的研究一般基于非均匀子阵，叠重
子阵、交叉子阵的划分结构，且仅仅形成一个波而
ｏｍｓｂｒａｓｔｗｈｃｏｔｕｅｔａｔａｉｅｔｅｍｉｒｗａｅｎｔｆｒｕａｒｙｅｉｈｃｎｒｂｔｏｃｕｌｚｈｃｏｖｅ、Ａｔｄｂａｅｎｇｎｔｃａｇｉｍｅｈｏｓｄｏｅｅｉｌｏ—

基于蚁群算法的子阵级自适应多波束形成

基于蚁群算法的子阵级自适应多波束形成
张忠民;李蔚然
【期刊名称】《应用科技》
【年(卷),期】2022(49)1
【摘要】在大型阵列信号处理中,可以在子阵级进行数字波束扫描形成多波束,降低硬件成本和系统复杂度,其中子阵划分的优劣直接决定信号处理的性能。

针对子阵级多波束形成的问题,提出了一种基于蚁群算法的子阵划分最优策略,该策略将蚂蚁的迁移路径作为子阵划分方案,以峰值旁瓣电平为优化目标进行迭代搜索,使得子阵级自适应形成多波束方向图的旁瓣性能达到最优。

首先,分析了蚁群算法的基本原理,对子阵划分问题的解空间进行建模,设计最优策略并求解得子阵划分方案;然后采用线性约束最小方差准则(LCMV)计算子阵级权矢量,形成多波束方向图;最后通过对比分析了多波束方向图的性能。

仿真实验证明了所提算法得出的子阵划分以及激励匹配方案的有效性。

【总页数】7页(P83-89)
【作者】张忠民;李蔚然
【作者单位】哈尔滨工程大学信息与通信工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TN957.2
【相关文献】
1.基于伪随机码加权的非均匀天线阵自适应多波束形成方法
2.基于遗传算法的均匀子阵数字多波束形成研究
3.对称指数分布的子阵级多波束形成方法
4.基于SOCP 理论的子阵级干扰多波束形成方法
5.基于罚函数和特征空间的子阵级自适应波束形成
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基于改进遗传算法的相控阵雷达最优子阵划分

( wsub )
H
asub ( u , v ) asub ( −u0 , −v0 )
(4)
式中表示 Hadamard 乘积， H 表示共轭转置。本文中，遗传算法的目标函数即为方向图的旁瓣电平。
2.3. 子阵结构的编解码方法
为利用遗传算法对子阵结构进行优化，需要将阵列结构用二进制码表示，即将其映射为可由遗传算法计算的染色体编码形式。本文中，染色体的信息用于由阵列中的一个初始阵元生成一个子阵；解码染色体后，子阵被形成并更新状态标记，以表明在整个阵列中哪些阵元被划分到子阵内。
Journal of Antennas 天线学报, 2018, 7(1), 1-8 Published Online March 2018 in Hans. /journal/ja https:///10.12677/ja.2018.71001
(2) (3)
其中 a (θ 0 , ϕ0 ) = (ϕ1 ,
exp {− j2 π [ xm u0 + ym v0 ] λ} 。 ϕm , ϕ M ) 为阵元级导向向量，且 ϕm =
T
设 wsub 为子阵级加权向量(用于进行数字处理)，则以 ( u, v ) 为自变量的阵列方向性函数为
= f ( u, v )
为对相控阵的子阵结构进行优化，首要问题是选择一种高效的优化方法；显然应采用全局优化技术。模拟退火与其它进化方法可实现对设计空间的全局搜索，这其中就包括遗传算法。遗传算法是基于达尔文进化理论的高效进化搜索方法，基本可解决所有优化问题，无论有无约束条件。其主要思想是从父代群体中保留好的个体，淘汰差的个体。它通过选择、交叉、变异等操作不断对个体进行优化[5]。遗传算法综合了定向与随机搜索的优点；尽管其是一种随机搜索方法，但与传统搜索方法不同，不依赖问题自身，可进行全局搜索，且搜索规模大、效率高，易于计算机实现。它是概率的不确定的状态转移，更容易得到全局最优解。遗传算法对搜索空间进行随机取样，与传统优化技术相比，其收敛到非全局最优解的可能性大大降低。遗传算法是对大型相控阵进行子阵优化的一种有效方法。遗传算法在优化过程中利用适应度函数作为评价个体成功的测度。在对阵列特别是大型阵列进行优化的过程中，适应度函数是计算中最耗时的部分，因为它包含了对阵列方向图的合成与分析。

基于遗传算法的部分自适应波束形成方法

基于遗传算法的部分自适应波束形成方法
晋军;王华力;刘苗
【期刊名称】《通信学报》
【年(卷),期】2006(27)12
【摘要】将一种改进的遗传算法用于星载平面阵列天线方向图的实时综合.为了使遗传算法适合实时应用,在唯相自适应阵列的基础上进一步采用了部分阵元和部分比特的自适应波束形成,以降低算法计算量,提高其收敛速度.对基于改进遗传算法的唯相阵列部分阵元自适应波束形成和部分比特自适应波束形成进行了研究.模拟实验结果表明,两种方案都能够在波束"凝视"方向满足一定增益的前提下有效抑制来自旁瓣的强干扰,而且具有比传统唯相算法更快的收敛速度.
【总页数】6页(P92-97)
【作者】晋军;王华力;刘苗
【作者单位】解放军理工大学,通信工程学院,江苏,南京,210007;解放军理工大学,通信工程学院,江苏,南京,210007;解放军理工大学,指挥自动化学院,江苏,南京,210007【正文语种】中文
【中图分类】TN821+.91
【相关文献】
1.时序递归LS方法的部分自适应波束形成 [J], 郭强
2.基于遗传算法的部分比特自适应波束形成 [J], 晋军;刘云志;程剑;王华力
3.基于遗传算法—部分协整理论的配对交易方法及应用 [J], 毕秀春;于晓雨;张曙光
4.基于遗传算法的电力系统故障诊断的解析模型与方法──第三部分:浙江电力系统EMS信息获取与测试结果 [J], 文福栓;韩祯祥;田磊;史觉玮;张怀宇
5.基于干扰不确定集重构的相干稳健自适应波束形成方法 [J], 陈鹏;王威;杨益新;马远良
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