Генетический алгоритм, основанный на аутополиплоидии и предназначенный для усовершенствованной разработки линейных полифрактальных решеток (стр. 5 из 5)
Рис.13. Диаграмма разработки 1406-элементной генетически оптимизированной ПФР. Сплошной линией показана пригодность наилучшего решения, а пунктиром - средняя пригодность совокупности.
Поколение / Пригодность
Периоды 1-3
2401-элементная периодическая решетка
1406-элементная генетически оптимизированная ПФР
Таблица X. Число генераторов и прирост скорости оценки ДН за период для 1406-элементной ПФР. Выборка ДН производилась по 72000 точек.
(Периоды 1-3/Число генераторов/Прирост скорости оценки)
Рис.14. ДН и конфигурация решетки для 1406-элементной генетически оптимизированной ПФР
Таблица XI. Рабочие свойства 1406-элементной генетически оптимизированной ПФР (Число элементов/УБЛ (дБ) /ШДНПМ/Минимальный интервал/Средний интервал)
Наконец, от исходной совокупности в 500 2401-элементных периодических решеток с интервалом в 0,5λ была разработана очень большая однородно-возбуждаемая линейная ПФР, имеющая 1616 элементов. Размер вырезающей функции был определен в 0,1°, а процесс аутополиплоидизации генератора следовало выполнять в случае, когда самый пригодный член совокупности не проявлял улучшения в течение 30 поколений. Для удвоения числа генераторов в каждой решетке использовались три отдельных процесса аутополиплоидизации генератора - один начальный и два дополнительных. На Рис.15 показана диаграмма разработки, имеющая характерную ступенчатую форму. Конечная 1616-элементная конструкция была найдена после 500 поколений и имела уровень бокового лепестка в - 24,30 дБ и ширину ДН в 0,056°. Рекурсивный алгоритм формирования ДН в среднем вычислял ДН в 20 раз быстрее для решеток с двумя генераторами, в 15 раз быстрее для решеток с четырьмя генераторами и в 10 раз быстрее для решеток с восемью генераторами. В Таблице XIIприведены данные по приросту скорости для каждого периода. На Рис.16 показаны множитель решетки и геометрическая конфигурация антенной решетки; в Таблице XIIIпредставлены соответствующие рабочие свойства.
Рис.15. Диаграмма разработки 1616-элементной генетически оптимизированной ПФР. Сплошной линией показана пригодность наилучшего решения, а пунктиром - средняя пригодность совокупности.
Поколение / Пригодность
Периоды 1-3
2401-элементная периодическая решетка
1616-элементная генетически оптимизированная ПФР
Таблица XII. Число генераторов и прирост скорости оценки ДН за период для 1616-элементной ПФР. Выборка ДН производилась по 72000 точек.
(Периоды 1-3/Число генераторов/Прирост скорости оценки)
Рис.16. ДН и конфигурация решетки для 1616-элементной генетически оптимизированной ПФР
Таблица XIII. Рабочие свойства 1616-элементной генетически оптимизированной ПФР (Число элементов/УБЛ (дБ) /ШДНПМ/Минимальный интервал/Средний интервал)
Заключение
В курсовой работе представлен новый тип генетического мутационного процесса, навеянного аналогией с эволюцией позвоночных и названного аутополиплоидизацией генератора. В механизме аутополиплоидизации генератора заложен естественный процесс аутополиплоидии, при котором генетическая информация, используемая для описания организма, удваивается в размере, тогда как получаемый организм остается по сути тем же. Аутополиплоидия - один из основных процессов, который может естественным образом приводить к увеличению числа генов, которыми располагает организм. Доказано, что этот процесс повлиял на многие особенности эволюции сложных организмов, включая диплоидную клетку, имеющуюся у большинства современных позвоночных.
В данной работе мы представили процесс аутополиплоидизации генератора, который можно использовать для создания двух копий каждого генератора полифрактальной антенной решетки, что удваивает размер конфигурации (хромосомы) и тем самым обеспечивает большее генетическое разнообразие решетки. Новый метод способен перезапустить застойные генетические оптимизационные процессы, создавая характерную ступенчатую форму эволюционной диаграммы. Кроме того, оптимизационный процесс в полной мере использует преимущества рекурсивного алгоритма формирования ДН за счет того, что вначале антенная решетка разрабатывается с помощью лишь нескольких генераторов, которые можно оценить очень быстро, а далее путем привлечения все большего числа генераторов по мере того, как оптимизация входит в застой и возникает необходимость в ее перезапуске. Посредством такого процесса можно из периодических решеток или иных ранее детерминированных геометрий ПФР последовательно разрабатывать ПФР с большим N, имеющие почти произвольные конфигурации.
В рамках данной курсовой работы мы с помощью ГА, основанного на аутополиплоидии, оптимизировали несколько случаев линейных ПФР. Самый большой пример представляет 1616-элементную решетку, имеющую уровень бокового лепестка в - 24,30 дБ и ширину ДН по уровню половинной мощности в 0,056°. Рекурсивный алгоритм оказался способным значительно сократить время, необходимое для оценки множителя решетки по сравнению с обычными алгоритмами формирования ДН, основанными на ДПФ, напр., до 18 раз быстрее при разработке 1616-элементной решетки.
Список литературы
1. Антенны и устройства СВЧ. Расчет и проектирование антенных решеток и их излучающих элементов / Под ред.Д.И. Воскресенского. М.: Сов. радио, 1972.
2. Драбкин А.Л., Зузенко В.Л., Кислов А.Г. Антенно-фидерные устройства. М.: Сов. радио, 1974.
3. Антенны и устройства СВЧ: Методические указания к лабораторным работам. Часть 1/Под ред. А.В. Рубцова. Рязань, 2006.
4. Антенны и устройства СВЧ. Проектирование фазированных антенных решеток / Под ред. Д.И. Воскресенского. М.: Радио и связь, 1994.