(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202211076114.5 (22)申请日 2022.09.05 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 115169250 A (43)申请公布日 2022.10.11 (73)专利权人 湖北工业大 学 地址 430070 湖北省武汉市洪山区南李路 28号 (72)发明人 张正文　汪震　桂勇　蔡锦鹏　 陈卓　童邡　廖桂生　彭昌义　 (74)专利代理 机构 武汉华强专利代理事务所 (普通合伙) 42237 专利代理师 肖畅 (51)Int.Cl. G06F 30/27(2020.01)G06F 30/17(2020.01) G06N 3/00(2006.01) 审查员 张敏 (54)发明名称 基于改进混合整数差分进化的麦克风阵列 优化方法及系统 (57)摘要 本发明公开了基于改进混合整数差分进化 的麦克风阵列优化方法及系统， 该方法包括： S100： 以阵元位置为个体在阵元平面随机生成初 始种群； S200： 对种群进行变异操作获得变异个 体； S300： 对父代 个体和变异个体进行交叉操作， 生成试验个体； S400： 检测各试验个体是否满足 边界约束， 并使不满足边界约束的试验个体回到 边界约束内； S500： 判断是否满足预设的迭代结 束条件， 若满足， 则结束； 否则， 继续执行步骤 S600； S600： 对试验个体和父代个体进行选择操 作， 产生子代个体并构成下一代种群， 对下一代 种群迭代执行步骤S200~S500。 本发明在保持平 面麦克风阵列稳健性的同时， 还 可提高阵列波束 在指定区域内的指向性。 权利要求书3页 说明书14页 附图12页 CN 115169250 B 2022.12.09 CN 115169250 B 1.基于改进混合整数差分进化的麦克风阵列优化方法， 其特 征是， 包括： S100： 以阵元位置为个 体在阵元平面随机生成初始种群； S200： 对种群进行变异操作获得变异个 体； S300： 对父代个 体和变异个 体进行交叉操作， 生成试验个 体； S400： 检测各试验个体是否满足边界约束， 以边界为对称轴将不满足边界约束的试验 个体进行至少一次轴对称 操作， 使试验个 体回到边界约束内； S500： 判断是否满足预设的迭代结束条件， 若满足， 当前的种群 中个体即优化后的阵元 位置； 否则， 继续执 行步骤S6 00； S600： 对试验个体和父代个体进行选择操作， 产生子代个体， 子代个体构成下一代种 群， 对下一代种群迭代执 行步骤S20 0~ S500； 所述对种群进行变异操作获得变异个 体， 进一步包括： S210： 从种群中随机 选取三个 个体； S220： 对三个 个体 排序， 获得最优个 体 、 中等个体 和最差个 体 ； S230： 利用 进 行 变 异操作产生变异个体 ； 其中， F1、 F2、 F3表示相互独立的随机缩放因子； 表示 、 、 的线性组合， 表示权值， 满足 以及 ， 且 ， ， ； 所述排序遵循如下规则： ①当所有个 体均为可 行解时， 根据适应度排序， 适应度越大， 个 体越优； ②当所有个 体均为不可行解时， 根据约束违反度排序， 约束违反度越小， 个 体越优； ③当可行解个体和不可行解个体同时存在， 使用准则： （a） 可行解个体优于不可行解个 体； （b） 适应度越大的可 行解个体越优； （c） 约束违反度越小的不可 行解个体越优； 所述适应度的计算为： 对任一个体， 在给定的指向角区间 内， 选择最大的 作为该个体的适应度， 其中： ， 表示指向角， 表示阵元位置， 表示共轭转置运 算；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115169250 B 2表示超指向 波束形成器 ， ， 表示阵元的导向矢量； ， 为伪相干矩阵， 为单 位矩阵， 为中间参数， 通过二分查找法找出白噪声增益达到白噪声增益最小阈值时的 值。 2.如权利要求1所述的基于改进混合整数差分进化的麦克风阵列优化方法， 其特 征是： 步骤S100中， 先将阵元平面离 散为网格， 在网格交点处随机生成个 体， 获得初始种群。 3.如权利要求1所述的基于改进混合整数差分进化的麦克风阵列优化方法， 其特 征是： 所述在阵元平面以阵元位置为个 体随机生成初始种群， 具体为： 将阵元平面均分为4个子区域， 取任意一子区域为优化区域； 先在优化区域内随机产生 个体， 将优化区域内个体绕阵元平面中心同向依次旋转90 °、 180°、 270°， 分别在其他3个子 区域内产生阵元； 所有子区域的阵元构成初始种群。 4.如权利要求1所述的基于改进混合整数差分进化的麦克风阵列优化方法， 其特 征是： 所述对试验个 体和父代个 体进行选择操作具体为： 基于Deb取值准则对试验个体和父代个体进行选择操作； 所述Deb取值准则为： ①当试 验个体与父代个体均为不可行解， 选择约束违反度小的个体作为子代个体； ②当试验个体 与父代个体均为可行解， 选择适应度大 的个体作为子代个体； ③当试验个体与父代个体中 一个为可 行解， 另一个为 不可行解时， 选择 可行解个体作为子代个 体。 5.如权利要求1所述的基于改进混合整数差分进化的麦克风阵列优化方法， 其特 征是： 所述约束违反度采用标量约束违反度， 个 体的标量约束违反度获得 过程如下： 以种群中任意两阵元间隔不大于最小 间距为约束条件， 分别计算各个体对应于该约束 条件的约束违反度， 取最大约束违反度， 利用最大约束违反度对各个体的约束违反度进行 归一化处理， 得各个体的标量约束违反度。 6.如权利要求1所述的基于改进混合整数差分进化的麦克风阵列优化方法， 其特 征是： 所述初始种群中个体、 所述试验个体、 以及轴对称操作后 回到阵元平面内的试验个体 均使用四舍五入法舍入为整数。 7.基于改进混合整数差分进化的麦克风阵列优化系统， 其特 征是， 包括： 第一模块， 用来以阵元位置为个 体在阵元平面随机生成初始种群； 第二模块， 用来对种群进行变异操作获得变异个 体； 第三模块， 用来对父代个 体和变异个 体进行交叉操作， 生成试验个 体； 第四模块， 用来检测各试验个体是否满足边界约束， 以边界为对称轴将不满足边界约 束的试验个 体进行至少一次轴对称 操作， 使试验个 体回到边界约束内； 第五模块， 用来判断是否满足预设的迭代结束条件， 若满足， 当前的种群 中个体即优化 后的阵元位置； 否则， 继续执 行第六模块； 第六模块， 用来对试验个体和父代个体进行选择操作， 产生子代个体， 子代个体构 成下 一代种群， 对下一代种群迭代执 行第二模块~第四模块； 所述第二模块进一 步包括子模块：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115169250 B 3