基于改进粒子群算法的自适应波束形成-上海师范大学学报.PDF

第 卷第 期 上海师范大学学报 自然科学版 年 月 基于改进粒子群算法的自适应波束形成 程青青 李 莉 周小平 刘桥 上海师范大学信息与机电工程学院上海 摘要 基于最小均方误差准则将自适应波束形成的权值求解问题表示为多目标优化模型 利用提出的改进粒子群优化算法获得了阵列最优权值向量改进粒子群优化算法中引入动态 邻域拓扑结构 自适应调整粒子的领域搜索范围避免粒子陷入局部最优仿真结果表明所提 算法的收敛速度优于传统算法 关键词 自适应波束形成 粒子群算法 最小均方误差 多目标优化 中图分类号 文献标志码 文章编号 自适应波束形成是智能天线 的核心技术其主要思想是利用自适应算法调整阵列权值向量使 天线辐射主瓣指向有用信号零陷对准干扰信号方向尽可能地提高天线阵列输出信号的强度同时减 小干扰信号的强度从而提高天线阵列输出的信噪比 传统的自适应波束形成算法主要有最小均方 算法 递推最小二乘 算法 最小方 差无失真响应算法 等 算法具有简单易实现稳定性高的优点但存在收敛速度慢的缺 收稿日期 基金项目 上海市自然科学基金 作者简介 程青青 女硕士研究生主要从事自适应信号处理方面的研究 导师简介 李莉 女教授主要从事自适应信号处理与无线通信方面的研究 通信作者 引用格式 程青青李莉 周小平等基于改进粒子群算法的自适应波束形成 上海师范大学学报 自然科学 版 上海师范大学学报 自然科学版 年 陷并且容易陷入局部最优 算法收敛速度虽然优于 算法但复杂程度高计算量大算 法优点是能最大限度地提高阵增益但是当存在强干扰信号时形成的波束稳定性较差近年来智能优 化算法由于搜索能力强收敛速度快等优点被广泛地应用在电子扫描阵列 的波束形成相控雷 达的天线设计等阵列信号领域其中粒子群优化算法作为一种新兴的群体智能全局搜索算法较 其他智能算法在收敛速度和全局搜索能力上有更好的性能表现文献 将算法引入到的 求解过程中利用算法获得阵列的最优权值向量从而提高的抑制干扰能力但是在快拍数 有限的情况下最优权值向量精度受困于收敛判据的限制文献 阐述了基于算法的相控阵天线 设计将算法用于优化权系数以给定的旁瓣为参考来形成超低旁瓣的波束文献 提出了一种 分区粒子群自适应波束优化算法将天线阵列权值向量的相位空间分成几个子区分别进行搜索以寻找 最优权值虽然算法的收敛速度得到了改善但是极大地增加了计算复杂度并且该算法只考虑了相位 空间导致波束的稳健性不佳 本文作者提出一种改进的粒子群自适应波束优化算法在提高收敛速度的同时有效抑制干扰形 成较稳健的波束该算法中对天线阵列权值的相位和幅度同时优化并且基于最小均方误差 准则设置粒子群搜索的适应度函数标准算法采用随机初始化策略在波束设计上会造成粒子的 搜索范围大幅度增加计算量也随之大幅度增加本文作者考虑将 算法形成的权值作为粒子的初 始化位置为避免粒子早熟引入动态拓扑结构根据粒子的当前迭代数动态改变粒子的领域搜索范 围保证粒子能与其附近的粒子相互交流信息从而有效地保证种群的多样性 改进的基于粒子群的自适应波束算法 多目标求解优化模型 自适应波束形成算法的目标是寻找天线阵列最优权值可以用多目标优