双频段同口径稀疏布局优化方法及装置、存储介质与终端

本发明属天线阵列，涉及一种双频段同口径稀疏布局优化方法，特别是涉及一种双频段同口径稀疏布局优化方法及装置、存储介质与终端。

背景技术：

1、在现代通信和雷达系统中，双频段同一口径天线阵列设计被广泛应用，以显著提高频谱利用率和系统性能。双频段同一口径天线阵列是一种能够在同一物理天线结构中同时支持两个不同频段信号传输和接收的天线系统。这种设计有助于实现多频段通信和雷达探测功能，具有许多技术优势和应用价值。

2、然而，在实际应用中，实现双频段同一口径的空间稀疏布局面临诸多挑战，尤其是优化过程的复杂性和现有方法的局限性。传统的优化方法在处理此类复杂问题时，往往存在以下缺陷：在高频和低频阵列的稀疏布局优化中，现有方法的计算复杂性较高，处理大型阵列时效率较低，无法满足实时性要求；同时，传统优化方法多为局部优化，容易陷入局部最优解，而难以在全局范围内找到最优解。这限制了天线阵列设计的优化效果，可能导致性能未能达到最佳水平。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种双频段同口径稀疏布局优化方法及装置、存储介质与终端，用于解决现有技术中双频段同口径阵列空间稀疏布局优化性能不佳的技术问题。

2、第一方面，本发明提供一种双频段同口径稀疏布局优化方法，包括：

3、获取初始状态下预设口径空间内的低频阵列和高频阵列，集合所述低频阵列和高频阵列作为待优化阵列；

4、使用凸优化和遗传算法对所述待优化阵列进行交替优化，以获取优化后阵列；

5、判断所述优化后阵列是否满足预设条件，若满足，则输出优化后阵列的阵列布局作为优化结果，否则以所述优化后阵列作为待优化阵列重新进行交替优化；

6、其中，使用凸优化和遗传算法对所述待优化阵列进行交替优化包括：

7、对所述待优化阵列进行凸优化，以获取凸优化后阵列，利用遗传算法对所述凸优化后阵列中的冲突位置进行最优分配，以获取优化后阵列。

8、于本发明的一实施例中，对所述待优化阵列进行凸优化，以获取凸优化后阵列包括：

9、基于待优化阵列中的高频阵列获取高频阵列激励权重变量，基于待优化阵列中的低频阵列获取低频阵列激励权重变量；

10、对所述高频阵列激励权重变量和所述低频阵列激励权重变量进行第一步凸优化，以获取第一步凸优化结果；所述第一步凸优化的目标函数为最小化权重和，所述第一步凸优化的约束条件包括阵列方向图在目标方向上增益为预设增益和副瓣区域方向图幅度小于预设幅度；

11、对所述第一步凸优化结果中的稀疏性优化变量进行第二步凸优化，以获取第二步凸优化结果作为凸优化后阵列；所述第二步凸优化的目标函数为最小化稀疏性优化变量，所述第二步凸优化的约束条件包括阵列中保留元素的数量处于预设范围内。

12、于本发明的一实施例中，利用遗传算法对所述凸优化后阵列中的冲突位置进行最优分配，以获取优化后阵列包括：

13、获取遗传算法的预设算法参数，获取所述凸优化后阵列中的冲突位置作为原始冲突位置数据，所述预设算法参数包括种群数量、迭代次数、变异率；

14、基于所述预设算法参数和所述原始冲突位置数据，使用遗传算法对所述冲突位置的分配方案进行多次迭代，以获取冲突位置分配结果；

15、基于所述冲突位置分配结果对所述凸优化后阵列中高频阵列的方向图和低频阵列的方向图分别进行更新，以获取更新后的阵列作为优化后阵列。

16、于本发明的一实施例中，基于所述预设算法参数和所述原始冲突位置数据，使用遗传算法对所述冲突位置的分配方案进行多次迭代，以获取冲突位置分配结果包括：

17、随机生成一个冲突分配方案的初代种群，并基于预设适应度函数获取所述初代种群中每个个体的适应度值，以作为初代适应度集合；

18、根据所述预设算法参数，使用遗传算法对初代种群进行多代遗传算法的迭代优化，输出最后一代遗传算法的优化结果，以作为冲突位置分配结果；

19、其中，任意一代所述遗传算法优化包括：

20、基于预设适应度函数获取前一代种群中每个个体的适应度值，以作为筛选依据；

21、根据所述筛选依据在所述前一代种群进行筛选，以获取当前代迭代对应的父代个体集；

22、基于所述当前代迭代对应的父代个体集，对所述前一代种群依次进行交叉操作、变异操作和更新种群操作，以获取当前代种群作为当前代的冲突优化结果。

23、于本发明的一实施例中，基于预设适应度函数获取预设代种群中预设个体的适应度值包括：

24、基于所述原始冲突位置数据获取基础矩阵；

25、将预设个体解析为分配矩阵，并基于所述分配矩阵获取高频阵列平方差和低频阵列平方差；

26、获取所述高频阵列平方差与低频阵列平方差之和的倒数，以作为适应度值；

27、其中，预设代种群为任意一代种群，预设个体为所述初代种群中任意一个个体；

28、获取预设阵列的平方差包括：

29、获取预设阵列对应的初始矩阵、初始权重矩阵和理论方向图；

30、基于所述分配矩阵、所述初始矩阵、所述初始权重矩阵和基础矩阵，获取对应的分配后权重矩阵；

31、根据初始方向图和所述分配后权重矩阵，获取预设矩阵对应的分配后方向图；

32、获取所述分配后方向图与所述理论方向图之间的平方差，作为所述预设阵列的平方差；

33、其中所述预设阵列为所述凸优化后阵列中的高频阵列或低频阵列。

34、于本发明的一实施例中，在所述前一代种群进行筛选所使用的筛选方法为锦标赛选择法。

35、于本发明的一实施例中，所述预设条件包括所述交替优化的次数达到次数阈值。

36、第二方面，本发明还提供一种双频段同口径稀疏布局优化装置，其特征在于，包括：

37、初始化模块，用于获取初始状态下预设口径空间内的低频阵列和高频阵列，集合所述低频阵列和高频阵列作为待优化阵列；

38、交替优化模块，用于使用凸优化和遗传算法对所述待优化阵列进行交替优化，以获取优化后阵列；

39、条件判断模块，用于判断所述优化后阵列是否满足预设条件，若满足，则输出优化后阵列的阵列布局作为优化结果，否则以所述优化后阵列作为待优化阵列重新进行交替优化；

40、其中，使用凸优化和遗传算法对所述待优化阵列进行交替优化包括：

41、对所述待优化阵列进行凸优化，以获取凸优化后阵列，利用遗传算法对所述凸优化后阵列中的冲突位置进行最优分配，以获取优化后阵列。

42、第三方面，本发明还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上所述的双频段同口径稀疏布局优化方法。

43、第四方面，本发明还提供一种终端，包括处理器以及存储器，所述存储器与所述处理器之间通信连接；

44、所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述终端执行如上所述的双频段同口径稀疏布局优化方法。

45、如上所述，本发明所述的双频段同口径稀疏布局优化方法及装置、存储介质与终端，具有以下有益效果：

46、通过使用凸优化和遗传算法进行交替优化，实现了全局和局部的联合优化，从而达到了最佳的天线布局和波束效果，能够提高频谱利用率和系统性能。

技术特征：

1.一种双频段同口径稀疏布局优化方法，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述待优化阵列进行凸优化，以获取凸优化后阵列包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用遗传算法对所述凸优化后阵列中的冲突位置进行最优分配，以获取优化后阵列包括：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，基于所述预设算法参数和所述原始冲突位置数据，使用遗传算法对所述冲突位置的分配方案进行多次迭代，以获取冲突位置分配结果包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，基于预设适应度函数获取预设代种群中预设个体的适应度值包括：

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

8.一种双频段同口径稀疏布局优化装置，其特征在于，包括：

9.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的双频段同口径稀疏布局优化方法。

10.一种终端，其特征在于，包括处理器以及存储器，所述存储器与所述处理器之间通信连接；所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述终端执行如权利要求1至7中任一项所述的双频段同口径稀疏布局优化方法。

技术总结
本发明提供一种双频段同口径稀疏布局优化方法及装置、存储介质与终端，其中方法包括获取初始状态下预设口径空间内的低频阵列和高频阵列，集合所述低频阵列和高频阵列作为待优化阵列；使用凸优化和遗传算法对所述待优化阵列进行交替优化，以获取优化后阵列；判断所述优化后阵列是否满足预设条件，若满足，则输出优化后阵列的阵列布局作为优化结果，否则以所述优化后阵列作为待优化阵列重新进行交替优化。本发明的方法可以实现对双频段同口径稀疏布局的全局与局部的联合优化，从而达到最佳的天线布局和波束效果。

技术研发人员：史剑超,陈轶伦,王志宇,莫炯炯,郁发新
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5