本发明专利技术提供一种基于改进遗传算法的太赫兹相控阵旁瓣抑制方法及装置，该方法包括：初始化第一种群；循环执行以下步骤：将第一种群划分为多个第一子种群，基于多个太赫兹相控阵旁瓣抑制优化目标，分别构造多个第一子种群的适应度函数；对多个子种群的个体进行选择、融合、交叉和变异得到第三种群；将第三种群划分为多个第二子种群，并构造多个第二子种群的适应度函数；对多个第二子种群的个体分别进行选择操作；将经选择操作后的多个第二子种群中的个体插入到第一种群中；在迭代次数达到最大迭代次数时，从同时满足多个太赫兹相控阵旁瓣抑制优化目标的多个个体中输出目标个体所对应的子阵间距组合。本发明专利技术可以取得全局最优解，并提升优化效率。并提升优化效率。并提升优化效率。
【技术实现步骤摘要】
基于改进遗传算法的太赫兹相控阵旁瓣抑制方法及装置
[0001]本专利技术涉及太赫兹无线通信
，尤其涉及一种基于改进遗传算法的太赫兹相控阵旁瓣抑制方法及装置。
技术介绍
[0002]目前，随着微波与毫米波频段无线设备的增加，有限的频谱资源变得愈发拥挤，各无线设备分配的带宽较窄，从而限制了无线通信的传输速率。然而，太赫兹频段频谱资源丰富且有待开发利用，为高速率无线通信提供支持。
[0003]在太赫兹通信场景中，动态扫描太赫兹波束，能够实现将多个高传输速率的无线通信设备同时连接到通信网络。一种可行的技术方案是太赫兹相控阵天线单元与芯片相连，通过实时调整芯片给每个天线单元提供的馈电相位，从而实时控制太赫兹波束的指向。然而，受加工工艺的影响，与芯片相连的太赫兹相控阵天线子阵边缘间距通常大于半个波长，导致了太赫兹波束的旁瓣电平高，而主瓣能量不集中，降低了相控阵天线的增益和效率。此外，由于太赫兹信号源功率较低，且太赫兹波在空气中传播时经历的传输损耗、路径损耗较大，因而在太赫兹通信领域抑制太赫兹波束的旁瓣，使得能量集中于主瓣对于提高无线通信的传输范围、抗干扰能力以及传输速率变得尤为重要。
[0004]大规模太赫兹相控阵分布式子阵旁瓣电平抑制复杂属于非线性优化问题，其具有计算量庞大、且约束条件复杂的特性，使得常规的解析方法难以针对该类问题求得全局最优解。遗传算法适用于该类非线性问题的求解，其在阵列天线设计中取得广泛的应用。然而，标准遗传算法在解决多目标优化时需要人为反复调整各优化目标的权重系数，导致优化效率低，且若权重系数分配不当，易于陷入局部最优解。
技术实现思路
[0005]本专利技术提供一种基于改进遗传算法的太赫兹相控阵旁瓣抑制方法及装置，用以解决现有技术中标准遗传算法在解决多目标优化时需要人为反复调整各优化目标的权重系数，导致优化效率低，且若权重系数分配不当，易于陷入局部最优解的缺陷，本专利技术可以在确定子阵优化间距排列后，且在不涉及阵列单元构造优化的前提下，取得全局最优解，并提升优化效率，从而将辐射能量主要集中于主瓣，提高太赫兹无线通信系统的传输距离、抗干扰能力以及传输速率。
[0006]本专利技术提供一种基于改进遗传算法的太赫兹相控阵旁瓣抑制方法，包括：
[0007]初始化第一种群；
[0008]循环执行以下步骤，直至迭代次数达到最大迭代次数：
[0009]将所述第一种群划分为多个第一子种群，基于多个太赫兹相控阵旁瓣抑制优化目标，分别构造所述多个第一子种群的适应度函数；
[0010]基于所述多个第一子种群的适应度函数，对所述多个第一子种群的个体分别进行选择操作；
[0011]将经选择操作后的所述多个第一子种群进行融合，且个体随机排列，得到第二种群；
[0012]将所述第二种群进行交叉操作和变异操作，得到第三种群；
[0013]将所述第三种群划分为多个第二子种群，并基于所述多个太赫兹相控阵旁瓣抑制优化目标分别构造所述多个第二子种群的适应度函数；
[0014]基于所述多个第二子种群的适应度函数，对所述多个第二子种群的个体分别进行选择操作；
[0015]将经选择操作后的所述多个第二子种群中的个体插入到所述第一种群中；
[0016]在所述迭代次数达到所述最大迭代次数时，从同时满足所述多个太赫兹相控阵旁瓣抑制优化目标的多个个体中，确定适应度符合预设条件的目标个体，并输出所述目标个体所对应的子阵间距组合。
[0017]根据本专利技术提供的一种基于改进遗传算法的太赫兹相控阵旁瓣抑制方法，所述多个太赫兹相控阵旁瓣抑制优化目标包括：相控阵波束二维动态扫描时不同扫描角度下E面和H面辐射方向图的旁瓣电平的同步抑制。
[0018]根据本专利技术提供的一种基于改进遗传算法的太赫兹相控阵旁瓣抑制方法，所述初始化第一种群，包括：
[0019]设置初始化参数，所述初始化参数包括：相控阵的子阵间距集合、相控阵天线中心工作频率、太赫兹波束主瓣最大扫描角、个体数量、单个变量二进制编码位数、最大迭代次数、交叉概率、变异概率以及父代与子代之间的代沟参数；其中，所述子阵间距集合中的子阵间距为两个相邻子阵边缘之间的距离。
[0020]根据本专利技术提供的一种基于改进遗传算法的太赫兹相控阵旁瓣抑制方法，所述将所述第一种群划分为多个第一子种群，基于多个太赫兹相控阵旁瓣抑制优化目标，分别构造所述多个第一子种群的适应度函数，包括：
[0021]将所述第一种群平均划分为四个第一子种群；
[0022]将相控阵主波束垂直于阵面时的E面辐射方向图的主瓣电平峰值与旁瓣电平峰值之差，确定为第一个所述第一子种群的适应度函数；
[0023]将相控阵主波束垂直于阵面时的H面辐射方向图的主瓣电平峰值与旁瓣电平峰值之差，确定为第二个所述第一子种群的适应度函数；
[0024]将相控阵主波束指向太赫兹波束主瓣最大扫描角时的E面辐射方向图的主瓣电平峰值与旁瓣电平峰值之差，确定为第三个所述第一子种群的适应度函数；
[0025]将相控阵主波束指向太赫兹波束主瓣最大扫描角时的H面辐射方向图的主瓣电平峰值与旁瓣电平峰值之差，确定为第四个所述第一子种群的适应度函数。
[0026]根据本专利技术提供的一种基于改进遗传算法的太赫兹相控阵旁瓣抑制方法，所述基于所述多个第一子种群的适应度函数，对所述多个第一子种群的个体分别进行选择操作，包括：
[0027]根据所述父代与子代之间的代沟参数，基于所述多个第一子种群的适应度函数，对所述多个第一子种群中的个体分别进行选择操作；其中，所述多个第一子种群中的个体的适应度与被选中的概率成正比。
[0028]根据本专利技术提供的一种基于改进遗传算法的太赫兹相控阵旁瓣抑制方法，所述将
所述第二种群进行交叉操作和变异操作，得到第三种群，包括：
[0029]基于所述交叉概率，将所述第二种群中的不同个体进行随机配对，并单点交叉互换基因序列部分片段；
[0030]基于所述变异概率，将经交叉操作后的所述第二种群的个体的部分基因变异为等位基因，得到第三种群。
[0031]根据本专利技术提供的一种基于改进遗传算法的太赫兹相控阵旁瓣抑制方法，所述将经选择操作后的所述多个第二子种群中的个体插入到所述第一种群中，包括：
[0032]将经选择操作后的所述多个第二子种群中的个体进行随机排列，并插入到所述第一种群中；
[0033]淘汰所述第一种群中适应度低于第一预设值的个体。
[0034]根据本专利技术提供的一种基于改进遗传算法的太赫兹相控阵旁瓣抑制方法，所述在所述迭代次数达到所述最大迭代次数时，从同时满足所述多个太赫兹相控阵旁瓣抑制优化目标的多个个体中，确定适应度符合预设条件的目标个体，包括：
[0035]在所述迭代次数达到所述最大迭代次数时，从同时满足所述多个太赫兹相控阵旁瓣抑制优化目标的多个个体中，确定各项适应度均大于第二预设值、且适应度总和最大的目标个体。
[0036]本专利技术还提供一种基于改本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于改进遗传算法的太赫兹相控阵旁瓣抑制方法，其特征在于，包括：初始化第一种群；循环执行以下步骤，直至迭代次数达到最大迭代次数：将所述第一种群划分为多个第一子种群，基于多个太赫兹相控阵旁瓣抑制优化目标，分别构造所述多个第一子种群的适应度函数；基于所述多个第一子种群的适应度函数，对所述多个第一子种群的个体分别进行选择操作；将经选择操作后的所述多个第一子种群进行融合，且个体随机排列，得到第二种群；将所述第二种群进行交叉操作和变异操作，得到第三种群；将所述第三种群划分为多个第二子种群，并基于所述多个太赫兹相控阵旁瓣抑制优化目标分别构造所述多个第二子种群的适应度函数；基于所述多个第二子种群的适应度函数，对所述多个第二子种群的个体分别进行选择操作；将经选择操作后的所述多个第二子种群中的个体插入到所述第一种群中；在所述迭代次数达到所述最大迭代次数时，从同时满足所述多个太赫兹相控阵旁瓣抑制优化目标的多个个体中，确定适应度符合预设条件的目标个体，并输出所述目标个体所对应的子阵间距组合。2.根据权利要求1所述的基于改进遗传算法的太赫兹相控阵旁瓣抑制方法，其特征在于，所述多个太赫兹相控阵旁瓣抑制优化目标包括：相控阵波束二维动态扫描时不同扫描角度下E面和H面辐射方向图的旁瓣电平的同步抑制。3.根据权利要求2所述的基于改进遗传算法的太赫兹相控阵旁瓣抑制方法，其特征在于，所述初始化第一种群，包括：设置初始化参数，所述初始化参数包括：相控阵的子阵间距集合、相控阵天线中心工作频率、太赫兹波束主瓣最大扫描角、个体数量、单个变量二进制编码位数、最大迭代次数、交叉概率、变异概率以及父代与子代之间的代沟参数；其中，所述子阵间距集合中的子阵间距为两个相邻子阵边缘之间的距离。4.根据权利要求3所述的基于改进遗传算法的太赫兹相控阵旁瓣抑制方法，其特征在于，所述将所述第一种群划分为多个第一子种群，基于多个太赫兹相控阵旁瓣抑制优化目标，分别构造所述多个第一子种群的适应度函数，包括：将所述第一种群平均划分为四个第一子种群；将相控阵主波束垂直于阵面时的E面辐射方向图的主瓣电平峰值与旁瓣电平峰值之差，确定为第一个所述第一子种群的适应度函数；将相控阵主波束垂直于阵面时的H面辐射方向图的主瓣电平峰值与旁瓣电平峰值之差，确定为第二个所述第一子种群的适应度函数；将相控阵主波束指向太赫兹波束主瓣最大扫描角时的E面辐射方向图的主瓣电平峰值与旁瓣电平峰值之差，确定为第三个所述第一子种群的适应度函数；将相控阵主波束指向太赫兹波束主瓣最大扫描角时的H面辐射方向图的主瓣电平峰值与旁瓣电平峰值之差，确定为第四个所述第一子种群的适应度函数。5.根据权利要求3或4所述的基于改进遗传算法的太赫兹相控阵旁瓣抑制方法，其特征
在于，所述基于所述多个第一子种群的适应度函数，对所述多个第一子种群的个体分别进行选择操作，包括：根据所述父代与子代之间的代沟参数，基于所述多个第一子种群的适应度...
【专利技术属性】
技术研发人员：游小龙，赵涤燹，童好娉，尤肖虎，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：
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