阵列天线方向图.pdfVIP

第 19卷第 4期 常熟理工学院学报 V_O1．19No．4 2005年 7月 JournalofChangshuInstiutteofTechnology July．2005 阵列天线方 向图综合的粒子群优化算法 范 瑜 ，邬正义 ，金蒙洪 ，耿军平 (1．常熟理工学院 物理与电子科学系 ，江苏 常熟 215500； 2．上海交通大学 电子工程系 ，上海 200030) 摘 要 ：介绍了粒子群优化算法的基本原理 ；给 出了基于这种进化计算技术的阵列天线方向图综 合方法 ；对粒子群优化算法和遗传算法的特点进行 了对比研究，同时对基本粒子群优化算法提 出了 一 种改进策略 。研究表明，粒子群优化算法是一种稳定性好 ，易于实现并行计算的优化算法，在 阵 列天线方向图综合中具有 良好的应用前景。 关键词 ：方向图综合 ；阵列天线；粒子群优化算法 中图分类号 ：TN802．1 文献标识码：A 文章编号 ：1008—2794(2005)04—0088—05 随着人们对于无线移动通信的要求越来越高 ，特别是对高速多媒体传输的迫切需求 ，与之相关能够提高 系统容量的技术也开始受到人们 的特别重视。在频谱资源 日益紧张 的今天，想要通过增加频谱宽度来提高 系统容量的方法 已经很难实现 ；同时，想在时域 、频域或码域进一步提高系统容量已经十分 困难 。在这种情 况下 ，人们把眼光投 向了空域 ，期望能够从中寻找新 的源泉。 在这样的背景下，智能天线应运而生 ，智能天线在一个阵列中使用一套 固定的阵元 ，这些天线阵元的信 号合并后形成可控的波束方向图，可以利用数字信号处理技术或 RF硬件将波束转到期望方向，以跟踪移动 中的手机 ，同时尽量减小噪声、干扰和其它效应对信号质量的不利影响。利用智能天线可 以在空间形成所需 的方向图，实现空分多址 (SENIA)的接入方式 ，大大提高频谱 的利用效率。在移动通信等现代通信系统中，智 能天线发挥着越来越重要的作用 ，而方向图的综合正是智能天线 的核心技术。如何针对不同位置 的信号和 干扰适时地调整方向图一直是业界研究的热点 。 在 自适应智能天线中，由于需要调整多个参数变量形成 自适应多波束 ，尤其是作为空分多址方式，在通 信系统中必须结合其他多址方式 ，实现系统资源的优化配置和系统性能的整体提高 ，如何寻找出最佳性能指 标十分困难。大量各种类型的系统参数作为优化变量已经超 出了传统优化方法 的承受能力。而进化计算作 为一种非数值并行计算技术由于其在多参数、高度非线性优化 问题 中的优异性能正越来越受到业界 的重视 。 1995年 ，Eberhart博士和Kennedy博士发 明了粒子群优化算法 (PSO) I2J。这是一种新 的进化计算方法 ， 由于其简单容易实现、没有太多参数需要调整 ，目前已广泛应用于函数优化 ，神经网络训练 ，模糊系统控制以 及其它遗传算法 的应用领域 。近年来 ，经常有 PSO应用于天线优化 问题 的相关研究成果见诸 于国际会 议 -1UJ和期刊u卜他J。D．Gies和Y．Rahmat一~-nii利用 PSO算法实现了反射天线的波束赋形 ；他们 同时利用 矢量 PSO算法对于阵列天线辐射计进行 了优化。D．W．Boeringer和 D．H．Wemer通过 PSO优化修正的Bem一 收稿 日期 ：2005一o3—25 作者简介 ：范瑜 (1976一)，男 ，江苏常熟人 ，硕士，讲师 第 4期 范 瑜 ，邬正义 ，金荣洪 ，耿军平 ：阵列天线方 向图综合的粒子群优化算法 89 stein多项式从而实现共形阵列天线的方 向图综合 。J．Robinson和 Y．Rahmat—Samii对 于P9。以及相关的改 进算法进行了介绍，D．W．Boeringer和D．H．Wemer对使用 GA和 pso进行了方 向图综合进行了对 比，但是其 方向图综合的功能相对简单 ，不能发挥 出P9。多参数全局优化的能力。 本文将 P9。应用于智能天线的方 向图综合 ，通过优化阵列的激励 电流大小 ，实现 了低旁瓣 的方 向图分 布 ；同时在指定的干扰位置形成具有指定深度的零