基于遗传算法的阵列天线方向图综合

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随着无线通信技术的飞速发展,有限的频谱资源面临着枯竭的危险,如何优化通信系统资源配置和提高资源利用效率,一直是通信领域科学家和工程师追求的目标之一。智能天线就是在这一背景下应运而生的。而阵列天线方向图的综合正是智能天线的核心技术,它是指通过改变天线阵的阵元数、阵元位置、阵元馈电幅值、相位,针对不同的信号环境实现系统参数选择的最优化,从而提高了频谱资源的利用率,遗传算法由于其强大的全局寻优能力,解决此类问题时有其特有的优点。遗传算法是一种模拟生物在自然环境中遗传和进化过程宏观仿生方法,根据“生存竞争”和“优胜劣汰”原则通过选择、交叉、变异程序,而组成的自适应全局优化概率搜索算法。由于它在解决大空间、多参数、非线性等复杂问题时所具有的独特优越性,所以在很多领域得到广泛地应用。近年来,遗传算法开始逐渐应用到天线优化设计领域。论文中首先介绍了阵列天线信号处理的数学模型。在二进制编码的遗传算法理论基础上,利用二进制和十进制编码的等效性原理,建立了十进制遗传算法理论。针对波束形成及方向图综合的窄零陷控制问题,对天线阵列幅度控制、相位控制以及幅度相位综合控制的几种情况进行了考察,并改进了相应的遗传算法结构,仿真后得到了满意的方向图。针对方向图综合的宽零陷控制问题,在复数编码遗传算法中加入了选择最优个体步骤,并改进了选择操作和交叉操作,使遗传算法更适于阵列天线的区间控制。为了得到更加理想的遗传个体,对排序复数遗传算法进行了进一步改进,使算法中选择概率和交叉概率能够自适应变化,并改变交叉步骤为外推法、内插法等多种技术形成的综合交叉法,同时改进了变异操作。经仿真后方向图的对比,可知改进后的遗传算法具有更好的收敛性和实用性。
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