一種天線性能的優(yōu)化方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及天線優(yōu)化領(lǐng)域，尤其涉及一種天線性能的優(yōu)化方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 天線是射頻通信中實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn)之間電磁信號傳遞的關(guān)鍵，是無線通信系統(tǒng)必不可少 的重要部分。按照工作頻段特點(diǎn)，天線可以分為單頻天線和多頻天線兩類。傳統(tǒng)的天線設(shè) 計(jì)采用"嘗試-失敗-再嘗試"的方式，依賴于工程師的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，一般需要在電磁仿真軟 件中進(jìn)行大量的重復(fù)迭代測試和仿真以確定適合的幾何參數(shù)，效率較低。相對于單頻天線， 多頻天線在尺寸、帶寬、極化性、頻響和精度方面存在更為苛刻的設(shè)計(jì)限制，而且各因素之 間互相制約影響，設(shè)計(jì)難度更大。智能優(yōu)化算法（粒子群優(yōu)化、蟻群算法、模擬退火算法等） 通過模擬自然界的進(jìn)化方法來進(jìn)行尋優(yōu)，是解決復(fù)雜性工程問題的有效方法，智能優(yōu)化算 法與專業(yè)電磁仿真工具的結(jié)合是解決復(fù)雜天線設(shè)計(jì)問題的新方向。
[0003] 盡管現(xiàn)有基于優(yōu)化算法的天線設(shè)計(jì)方法已取得一定進(jìn)展，但其普遍采用"優(yōu) 化-仿真-再優(yōu)化"機(jī)制，每一次算法優(yōu)化所得的天線參數(shù)必須通過耗時(shí)的專業(yè)軟件仿真進(jìn) 行驗(yàn)證，若仿真結(jié)果不符合設(shè)計(jì)要求，必須重新設(shè)置天線參數(shù)，進(jìn)行重復(fù)尋優(yōu)。隨著通信技 術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用需求的增加，更為復(fù)雜的三頻、四頻天線設(shè)計(jì)成為了基于智能優(yōu)化天線設(shè) 計(jì)的瓶頸難題。同時(shí)，目前高效的優(yōu)化算法都需要進(jìn)行大量重復(fù)的迭代運(yùn)算，耗時(shí)的軟件仿 真無法嵌入優(yōu)化過程，直接評估算法的尋優(yōu)結(jié)果，影響了天線設(shè)計(jì)的性能和效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對上述現(xiàn)有技術(shù)方法中需要進(jìn)行大量重復(fù)的迭 代運(yùn)算，耗時(shí)的軟件仿真無法嵌入優(yōu)化過程的問題，提供了一種天線性能的優(yōu)化方法及裝 置。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的方法是：
[0006] 一種天線性能的優(yōu)化方法，包括以下步驟：
[0007] A、設(shè)置天線參數(shù)，將其作為待優(yōu)化變量；
[0008] B、構(gòu)建訓(xùn)練樣本庫，依據(jù)所述訓(xùn)練樣本庫對所述待優(yōu)化變量進(jìn)行調(diào)整，從而建立 天線的性能評估模型；
[0009] C、采用極限學(xué)習(xí)機(jī)建立調(diào)整后的待優(yōu)化變量與回波損耗值之間的估算模型；
[0010] D、依據(jù)所述估算模型計(jì)算回波損耗的估計(jì)值，采用通過估計(jì)值所得到優(yōu)化算法優(yōu) 化所述待優(yōu)化變量，從而聯(lián)合優(yōu)化天線性能。
[0011] 在本發(fā)明所述的優(yōu)化方法中，所述步驟A包括以下子步驟：
[0012] A1、設(shè)置天線參數(shù)；
[0013] A2、將所述天線參數(shù)作為n個(gè)待優(yōu)化變量Xl，x2,. . .，xn，并分別設(shè)置所述n個(gè)待優(yōu) 化變量的取值范圍。
[0014] 在本發(fā)明所述的優(yōu)化方法中，所述步驟B包括以下子步驟：
[0015] B1、通過預(yù)設(shè)的電磁場仿真工具間隔獲取m個(gè)訓(xùn)練樣本①=(gpSihi = 1，...， m，構(gòu)建訓(xùn)練樣本庫，其中，gi= [g u，gi,2,. . .，gi,D]為D維天線設(shè)計(jì)的幾何參數(shù)向量，^為 所述gi對應(yīng)的回波損耗軟件仿真結(jié)果；
[0016] B2、依據(jù)所述訓(xùn)練樣本庫并使用極限學(xué)習(xí)機(jī)對所述n個(gè)待優(yōu)化變量在各自的取值 范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整；
[0017] B3、依據(jù)所調(diào)整的所述n個(gè)待優(yōu)化變量建立天線的性能評估模型。
[0018] 在本發(fā)明所述的優(yōu)化方法中，所述步驟C包括以下子步驟：
[0019] C1、使用隨機(jī)特征映射h(g) = [hjg)，h2(g)，…，hjg)]將輸入向量g映射至L 維線性可分空間，其隱含層輸出矩陣H為：
[0020] H = [h (gj)T, h (g2)T, . . . , h (gN)T]T
[0021] C2、采用極限學(xué)習(xí)機(jī)建立調(diào)整后的待優(yōu)化變量與回波損耗值之間的估算模型 f(g)：
[0022]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種天線性能的優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟： A、 設(shè)置天線參數(shù)，將其作為待優(yōu)化變量； B、 構(gòu)建訓(xùn)練樣本庫，依據(jù)所述訓(xùn)練樣本庫對所述待優(yōu)化變量進(jìn)行調(diào)整，從而建立天線 的性能評估t吳型； C、 采用極限學(xué)習(xí)機(jī)建立調(diào)整后的待優(yōu)化變量與回波損耗值之間的估算模型； D、 依據(jù)所述估算模型計(jì)算回波損耗的估計(jì)值，采用通過估計(jì)值所得到優(yōu)化算法優(yōu)化所 述待優(yōu)化變量，從而聯(lián)合優(yōu)化天線性能。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟A包括以下子步驟： A1、設(shè)置天線參數(shù)； A2、將所述天線參數(shù)作為n個(gè)待優(yōu)化變量Xl，x2，…，xn，并分別設(shè)置所述n個(gè)待優(yōu)化變 量的取值范圍。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟B包括以下子步驟： B1、通過預(yù)設(shè)的電磁場仿真工具間隔獲取m個(gè)訓(xùn)練樣本①=(gpsj，i= 1，. . .，m， 構(gòu)建訓(xùn)練樣本庫，其中，gi=[gu，gi,2,. . .，gi,D]為D維天線設(shè)計(jì)的幾何參數(shù)向量，Si為所 述gi對應(yīng)的回波損耗軟件仿真結(jié)果； B2、依據(jù)所述訓(xùn)練樣本庫并使用極限學(xué)習(xí)機(jī)對所述n個(gè)待優(yōu)化變量在各自的取值范圍 內(nèi)進(jìn)行調(diào)整； B3、依據(jù)所調(diào)整的所述n個(gè)待優(yōu)化變量建立天線的性能評估模型。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備動(dòng)態(tài)優(yōu)化維護(hù)方法，其特征在于，所述步驟C包括以下子 步驟： C1、使用隨機(jī)特征映射h(g) = [hjg)，h2(g)，. . .，hjg)]將輸入向量g映射至L維線 性可分空間，其隱含層輸出矩陣H為： H= [h(g!)T,h(g2)T, . . . ,h(gN)T]T C2、采用極限學(xué)習(xí)機(jī)建立調(diào)整后的待優(yōu)化變量與回波損耗值之間的估算模型f(g):
其中，I為mXm的單位矩陣，C為正則化常量，s為訓(xùn)練樣本集中的回波損耗向量，s= [Sp S。，? ? ?，Sn]〇
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備動(dòng)態(tài)優(yōu)化維護(hù)方法，其特征在于，所述步驟D包括以下子 步驟： D1、將所述n個(gè)待優(yōu)化變量Xpx2，…，xn輸入至極限學(xué)習(xí)機(jī)，以計(jì)算回波損耗的估計(jì) 值； D2、采用通過估計(jì)值所得到優(yōu)化算法優(yōu)化所述n個(gè)待優(yōu)化變量Xl，x2，…，xn，并判斷所 述n個(gè)待優(yōu)化變量是否滿足天線預(yù)設(shè)的優(yōu)化要求，若不滿足，則轉(zhuǎn)至步驟C。
6. -種天線性能的優(yōu)化裝置，其特征在于，包括： 天線設(shè)置模塊，用于設(shè)置天線參數(shù)，將其作為待優(yōu)化變量； 樣本構(gòu)建模塊，用于構(gòu)建訓(xùn)練樣本庫，依據(jù)所述訓(xùn)練樣本庫對所述待優(yōu)化變量進(jìn)行調(diào) 整，從而建立天線的性能評估模型； 模型建立模塊，用于采用極限學(xué)習(xí)機(jī)建立調(diào)整后的待優(yōu)化變量與回波損耗值之間的估 算模型； 聯(lián)合優(yōu)化模塊，用于依據(jù)所述估算模型計(jì)算回波損耗的估計(jì)值，采用通過估計(jì)值所得 到優(yōu)化算法優(yōu)化所述待優(yōu)化變量，從而聯(lián)合優(yōu)化天線性能。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的優(yōu)化裝置，其特征在于，所述天線設(shè)置模塊包括： 參數(shù)設(shè)置單元，用于設(shè)置天線參數(shù)； 取值設(shè)置單元，用于將所述天線參數(shù)作為n個(gè)待優(yōu)化變量Xl，x2，…，xn，并分別設(shè)置所 述n個(gè)待優(yōu)化變量的取值范圍。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的優(yōu)化裝置，其特征在于，所述樣本構(gòu)建模塊包括： 樣本庫構(gòu)建單元，用于通過預(yù)設(shè)的電磁場仿真工具間隔獲取m個(gè)訓(xùn)練樣本0) = (gi，Si)，i= 1，. . .，m，構(gòu)建訓(xùn)練樣本庫，其中，gi=[gu，gi>2, . . .，gi>D]為D維天線設(shè)計(jì)的幾 何參數(shù)向量，Si為所述gi對應(yīng)的回波損耗軟件仿真結(jié)果； 取值調(diào)整單元，用于依據(jù)所述訓(xùn)練樣本庫并使用極限學(xué)習(xí)機(jī)對所述n個(gè)待優(yōu)化變量在 各自的取值范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整； 評估單元，用于依據(jù)所調(diào)整的所述n個(gè)待優(yōu)化變量建立天線的性能評估模型。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備動(dòng)態(tài)優(yōu)化維護(hù)裝置，其特征在于，所述模型建立模塊包 括： 映射單元，用于使用隨機(jī)特征映射h(g) = [hjg)，h2(g)，. . .，hjg)]將輸入向量g映 射至L維線性可分空間，其隱含層輸出矩陣H為： H= [h(g!)T,h(g2)T, . . . ,h(gN)T]T 估算單元，用于采用極限學(xué)習(xí)機(jī)建立調(diào)整后的待優(yōu)化變量與回波損耗值之間的估算模 型f(g):
其中，I為mXm的單位矩陣，C為正則化常量，s為訓(xùn)練樣本集中的回波損耗向量，s= [Sp S。，? ? ?，Sn]〇
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備動(dòng)態(tài)優(yōu)化維護(hù)裝置，其特征在于，所述聯(lián)合優(yōu)化模塊包 括： 輸入單元，用于將所述n個(gè)待優(yōu)化變量Xl，x2，…，xn輸入至極限學(xué)習(xí)機(jī)，以計(jì)算回波損 耗的估計(jì)值； 優(yōu)化單元，用于采用通過估計(jì)值所得到優(yōu)化算法優(yōu)化所述n個(gè)待優(yōu)化變量Xl，&，???，xn，并判斷所述n個(gè)待優(yōu)化變量是否滿足天線預(yù)設(shè)的優(yōu)化要求。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種天線性能的優(yōu)化方法及裝置，該方法包括：A.設(shè)置天線參數(shù)；B.構(gòu)建訓(xùn)練樣本庫；C.采用極限學(xué)習(xí)機(jī)建立待優(yōu)化變量與回波損耗值之間的估算模型；D.聯(lián)合優(yōu)化天線性能。如此，通過ELM模型在極短的時(shí)間內(nèi)得到近似估計(jì)值，從而有效提升了算法優(yōu)化時(shí)的訓(xùn)練速度。在優(yōu)化過程中，無需天線精度的回波損耗值，僅需要一個(gè)相對準(zhǔn)確的估算量，便可確定天線在目標(biāo)頻點(diǎn)是否滿足回波損耗要求。此外，ELM模型的訓(xùn)練過程僅需在優(yōu)化前執(zhí)行一次，而優(yōu)化算法在每次計(jì)算適應(yīng)度函數(shù)值時(shí)，回波損耗的估值過程只需少量矩陣運(yùn)算即可完成。ELM模型結(jié)合模型估算提高了優(yōu)化性能和效率。
【IPC分類】G06F17-50
【公開號】CN104573216
【申請?zhí)枴緾N201410852116
【發(fā)明人】曾啟明, 馬曉明
【申請人】深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月31日