特表 2020-520529 Ｌ字型アレイアンテナの獲得形質の遺伝に基づくアレイ素子配置方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】特表2020-520529(P2020-520529A)

(43)【公表日】2020年7月9日

(54)【発明の名称】Ｌ字型アレイアンテナの獲得形質の遺伝に基づくアレイ素子配置方法

(51)【国際特許分類】

   G06F 30/27 20200101AFI20200612BHJP

   H01Q 21/00 20060101ALI20200612BHJP

   G06F 30/10 20200101ALI20200612BHJP

【ＦＩ】

   G06F17/50 604D

   H01Q21/00

   G06F17/50 680Z

   G06F17/50 634Z

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2020-514312(P2020-514312)

(86)(22)【出願日】2018年2月2日

(85)【翻訳文提出日】2019年11月15日

(86)【国際出願番号】CN2018075150

(87)【国際公開番号】WO2018210010

(87)【国際公開日】20181122

(31)【優先権主張番号】201710346582.2

(32)【優先日】2017年5月16日

(33)【優先権主張国】CN

(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DJ,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JO,JP,KE,KG,KH,KN,KP,KR,KW,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT

(71)【出願人】

【識別番号】518152844

【氏名又は名称】トンクワン ユニバーシティ オブ テクノロジー

【氏名又は名称原語表記】Ｄｏｎｇｇｕａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

(71)【出願人】

【識別番号】518152888

【氏名又は名称】リー ユン

【氏名又は名称原語表記】ＬＩ Ｙｕｎ

(71)【出願人】

【識別番号】519409006

【氏名又は名称】リー リン

【氏名又は名称原語表記】ＬＩ ＬＩＮ

(74)【代理人】

【識別番号】100184631

【弁理士】

【氏名又は名称】大久保 隆

(72)【発明者】

【氏名】リー ユン

(72)【発明者】

【氏名】リーリン

【テーマコード（参考）】

5B046

5J021

【Ｆターム（参考）】

5B046AA00

5B046BA05

5B046DA02

5B046JA01

5J021AA05

5J021AA09

5J021AA11

(57)【要約】

本発明は、Ｌ字型アレイアンテナの獲得形質の遺伝に基づくアレイ素子配置方法に関し、アレイアンテナの配置、及びアンテナの設計・最適化の分野に関する。従来のＬ字型アレイアンテナシステムの配置には存在する局所的機能が弱いという問題を解決する。本発明は、まず、Ｊ＿Ｋアレイを符号化し、次に、個体群における各染色体の適応度を計算し、獲得形質の遺伝の書き換え確率に基づいて、２つの親染色体をランダムに選択し、遺伝子伝播百分率を計算した後、書き換え操作を実行して新しい個体群を生成し、書き換え操作を繰り返して最終的な新しい個体群を生成し、個体群における各染色体の適応度を計算し、予め設定された終了条件を満たすまで繰り返し、最適な個体群遺伝子を得て、次に、最適な個体群遺伝子に基づいてＬ字型アレイアンテナのアレイ素子配置を決定する。本発明は、Ｌ字型アレイアンテナの配置、及びアンテナの設計・最適化に適用できる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

【請求項2】

【請求項3】

ステップ２では、初期個体群を調整するときの調整過程は、
まず、各世代のＪ＋Ｋ個の２進数文字列を１０進数に変換し、２進数文字列から変換された１０進数の値が該アレイ素子と前のアレイ素子とのアレイ素子の間隔を対応して表し、つまり、２進数文字列を復元してアレイ素子の間隔Ｄを得て、
前のＪ個のアレイ素子の位置を計算するときに、各アレイ素子の間隔Ｄを生成してカウントし、累積して全体の開口径の値を算出し、アレイ素子の間隔Ｄの累積値がアレイの最大開口径Ｄａを越えようとしている場合、後のアレイ素子のアレイ素子の間隔をすべて１に強制的に調整し、
後のＫ個のアレイ素子の調整方法は、前のＪ個のアレイ素子と同じである、
ことを特徴とする請求項２に記載のＬ字型アレイアンテナの獲得形質の遺伝に基づくアレイ素子配置方法。

【請求項4】

【請求項5】

ステップ４では、最適化操作後の新しい個体群Ｇ_ｋ＋１を生成した後、ステップ２における調整過程と同様に個体群Ｇ_ｋ＋１を調整する、
ことを特徴とする請求項３又は４に記載の獲得形質の遺伝に基づく最適化方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アレイアンテナの配置、及びアンテナの設計・最適化の分野に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、人工知能最適化システム及びアレイアンテナ技術が急速に発展しているが、従来のアレイアンテナのアレイ素子配置オプティマイザーの制限のため、リニアアレイの測角には、制限性があり、すなわち、通常、一次元の角度情報しか得られない。Ｌ字型アレイアンテナは、構造が簡単で、アレイ配置効果が高いなどの利点を有するため、その応用が焦点となっている。しかしながら、Ｌ字型アレイでは、均一な長方形２次元アレイに比べて、Ｌ字型アレイの直接ビームのパターンを形成する性能が悪く、アレイ素子数が少ないためその測角分解能及び測角精度の最適化が必要とされるという深刻な問題がある。従って、Ｌ字型アレイの最適化配置は、ビームフォーミング及びビームパターンの利用可能性にとって非常に大切なことである。Ｌ字型アレイのアレイ配置を最適化させることによって、構造が簡単でアレイ素子数が少ないというＬ字型アレイの長所をさらに向上させ、また、Ｌ字型アレイの欠点を改善し、すなわち、ビームのパターン形成性能を最適化できる。

【0003】

ハルビン工業大学は、ビームのパターン形成性能の研究について大きな進歩を遂げ、出願の名称が「Ｌ字型アレイアンテナに基づくビームフォーミング及びビームパターンの最適化方法（出願番号２０１５１０３４１８７７．１）」である特許において構造アレイを複数回最適化させ、ビームパターンの測角分解能及び測角精度を向上させる。しかし、収束速度が低く、局所的検索能力が低くそして早熟が発生しやすいなどの欠点を有する従来の遺伝的アルゴリズムだけでＬ字型アレイのアレイ素子配置を最適化させることから、Ｌ字型アレイアンテナのアレイ素子配置について高速で最適な結果が得られず、その結果として、そのビームフォーミング及びビームパターン最適化方法は、安定的な効果又は最適な効果を果たすことができない。従って、Ｌ字型アレイアンテナのアレイ素子配置方法及びシステムには、向上又は改良する余裕がある。

【0004】

最適化アルゴリズムの大域的最適化能力及び局所的最適化能力を向上させるために、現在、たとえば、遺伝的アルゴリズムとアニールアルゴリズムを組み合わせるなど、２種のアルゴリズムを組み合わせるのが一般的であるが、２種以上のアルゴリズムを用いた最適化によれば、比較的良好な効果が得られるが、このような形態には、計算量が大きく、最適化速度が低いなどの問題があり、大域的検索能力にも局所的検索能力にも、さらなる向上が期待される。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明に係るＬ字型アレイアンテナの獲得形質の遺伝に基づくアレイ素子配置方法は、従来のＬ字型アレイアンテナシステムの配置に存在する局所的機能が弱いという問題を解決することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

獲得形質の遺伝に基づくアレイアンテナの配置、及びアンテナの設計・最適化の方法であって、
長方形アレイアンテナの中央にあるアレイ素子を除去し、隣接する境界にある２列のアレイ素子だけを残したアレイの基本的な構造は、Ｌ字型アレイアンテナであり、
Ｌ字型アレイアンテナの隣接する境界にある２列のアレイ素子の数がそれぞれＪ、ＫであるＪ＿Ｋアレイを符号化し、具体的には、
Ｊ＿Ｋアレイを１つの染色体とし、個体の遺伝子を形成するときに、ランダムに生成されたＪ＋Ｋ組の桁数がＮａの２進数文字列で該Ｊ＿Ｋアレイを表し、それぞれ該アレイ素子と前のアレイ素子とのアレイ素子の間隔を表す２進数文字列のそれぞれを染色体における１つの遺伝子とし、上記方法でＪ＋Ｋ個の遺伝子を生成して、遺伝的アルゴリズムの初期個体群として保存し、

【0007】

【0008】

好ましくは、ステップ２では、初期個体群を調整するときの調整過程は、
まず、各世代のＪ＋Ｋ個の２進数文字列を１０進数に変換し、２進数文字列から変換された１０進数の値が該アレイ素子と前のアレイ素子とのアレイ素子の間隔を対応して表し、つまり、２進数文字列を復元してアレイ素子の間隔Ｄを得て、
前のＪ個のアレイ素子の位置を計算するときに、各アレイ素子の間隔Ｄを生成してカウントし、累積して全体の開口径の値を算出し、アレイ素子の間隔Ｄの累積値がアレイの最大開口径Ｄａを越えようとしている場合、後のアレイ素子のアレイ素子の間隔をすべて１に強制的に調整し、
後のＫ個のアレイ素子の調整方法は、前のＪ個のアレイ素子と同じである。

【0009】

【0010】

【発明の効果】

【0011】

本発明は、以下の有益な効果を有する。

【0012】

本発明は、Ｌ字型アレイアンテナのアレイ素子配置に使用される遺伝的アルゴリズムが従来の遺伝的アルゴリズムに基づいて局所的検索能力を最大限に向上させることができ、従来の遺伝的アルゴリズムの局所的最適化及び後期進化が遅いという問題を回避し、且つ本発明で設計された獲得形質の遺伝原則に基づく書き換え操作は、従来の遺伝的アルゴリズムの選択及び交叉の操作を置換する。従来の遺伝的アルゴリズム及び改良した遺伝的アルゴリズムに比べて、本発明は、最適解集合の収束速度及び精度を向上させるだけでなく、最適化過程の構造が簡単であり、制御パラメータが少なく、計算の複雑度が低い。

【0013】

本発明に係る獲得形質の遺伝的アルゴリズムは、遺伝的アルゴリズムを簡略化させて、速度及び効率を向上させ、またＬ字型アレイアンテナのアレイ素子配置の効果を向上させることができる。従来のいずれか２種の知能最適化アルゴリズムを組み合わせた複合最適化アルゴリズムがＬ字型アレイアンテナのアレイ素子配置に適用されるような技術案に比べても、本発明は、最適化速度を向上させ、Ｌ字型アレイアンテナのアレイ素子配置の効率を向上させることができ、そして、Ｌ字型アレイアンテナのアレイ素子配置のリアルタイム化及びアダプティブ化により有利である。本発明に係るＬ字型アレイアンテナのアレイ素子配置方法でアレイ素子配置を行い、「Ｌ字型アレイアンテナに基づくビームフォーミング及びビームパターン最適化方法（出願番号２０１５１０３４１８７７．１）」に記載の技術案と組み合わせて、ビームフォーミング及びビームパターン最適化を行うと、「Ｌ字型アレイアンテナに基づくビームフォーミング及びビームパターン最適化方法」においてビームフォーミング及びビームパターンの最適化効果をさらに向上できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】Ｌ字型アレイアンテナのアレイ素子配置の獲得形質の遺伝の最適化過程である。

【図2】獲得形質の遺伝の好ましい書き換え操作の模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

実施形態１
図１を参照しながら本実施の形態を説明し、
Ｌ字型アレイアンテナの獲得形質の遺伝に基づくアレイ素子配置方法は、
長方形アレイアンテナの中央にあるアレイ素子を除去し、隣接する境界にある２列のアレイ素子だけを残したアレイ基本的な構造は、Ｌ字型アレイアンテナであり、
Ｌ字型アレイアンテナの隣接する境界にある２列のアレイ素子の数がそれぞれＪ、ＫであるＪ＿Ｋアレイを符号化し、具体的には、
Ｊ＿Ｋアレイを１つの染色体とし、個体の遺伝子を形成するときに、ランダムに生成されたＪ＋Ｋ組の桁数がＮａの２進数文字列で該Ｊ＿Ｋアレイを表し、それぞれ該アレイ素子と前のアレイ素子とのアレイ素子の間隔を表す２進数文字列のそれぞれを染色体における１つの遺伝子とし、上記方法でＪ＋Ｋ個の遺伝子を生成して、遺伝的アルゴリズムの初期個体群として保存し、

【0016】

【0017】

残りのステップ及びパラメータは、実施形態１と同様である。

【0018】

実施形態３
本実施形態に記載のステップ２では、初期個体群を調整するときの調整過程は、
まず、各世代のＪ＋Ｋ個の２進数文字列を１０進数に変換し、２進数文字列から変換された１０進数の値が該アレイ素子と前のアレイ素子とのアレイ素子の間隔を対応して表し、つまり、２進数文字列を復元してアレイ素子の間隔Ｄを得て、
前のＪ個のアレイ素子の位置を計算するときに、各アレイ素子の間隔Ｄを生成してカウントし、累積して全体の開口径の値を算出し、アレイ素子の間隔Ｄの累積値がアレイの最大開口径Ｄａを越えようとしている場合、後のアレイ素子のアレイ素子の間隔をすべて１に強制的に調整し、
後のＫ個のアレイ素子の調整方法は、前のＪ個のアレイ素子と同じである。

【0019】

残りのステップ及びパラメータは、実施形態１又は２と同様である。

【0020】

【0021】

前記アレイの最大開口径Ｄａは、５５である。

【0022】

Ｌ字型アレイアンテナ自体の特徴及び遺伝最適化アルゴリズムの制限のため、通常、アレイの最大開口径Ｄａを非常に大きく設定することがなく、本発明に係るＬ字型アレイアンテナの獲得形質の遺伝に基づくアレイ素子配置方法は、最適解集合の収束速度及び精度を向上できるため、本発明は、「Ｌ字型アレイアンテナに基づくビームフォーミング及びビームパターン最適化方法」に相当した最適化効果を維持し、かつＬ字型アレイアンテナ自体の特徴を変えずに、アレイの最大開口径を適当に向上できる。

【0023】

残りのステップ及びパラメータは、実施形態３と同様である。

【0024】

【0025】

残りのステップ及びパラメータは、実施形態４と同様である。

【図1】

【図2】

【国際調査報告】