自适应遗传算法解决战场频率指配问题研究

方 法 产 生 ， 适 合 于 对 问 题 的解 无 任 何 先 验 知 识 的 情 况 。 它
一
种 是 某 些 先 验 知 识 可 转 变 为 必 须 满 足 的 一 组 要 求 ， 后 然
在 满 足这 些 要 求 的解 中 再 随 机 地 选 取 样 本 ， 样 选 择 初 始 这
化 种 群 可 使 遗 传 算 法 更 快地 到 达 最优 解 ＿ 。本 文 采 用 加 入 １ ］ 某 些 先 验 知 识 的初 始化 方法 ， 体 过 程 为 ： 具 首先 按 照 每 个 电 台 的 可用 频 段 及 频 点 之 间 的 频 率 间 隔 ， 算 出 各 个 电 台 的 计 可用 频 点 数 ， 电 台 的各 自可 用 频 点 进 行 编 号 ； 后 依 次 向 对 然
综 合 上 述 三个 干 扰 约 束 条 件 ， 以得 到 目标 函数 ， 总 可 即
的 干 扰 数 目的表 达式 ： Ｅ ， 一 ∑ ∑ ［Ａ（ ） Ｈ（ ，Ｊ＋ ｒ Ｌ ， ） （） ａ ｆ ， ＋卢 厂 ） Ｍ（ ］
（一 １２ … ， 个 电 台 的可 用 频 段 为 （ ， ）． 为 起 始 ， ， Ｎ） ＾ ＇ 几
估 。评估 的 依 据 就 是 适 应 度 函 数 Ｆ（ 。 由适 应 度 函数 与 Ｅ） 目标 函数 的关 系 可 知 ， 个 体 的 评 估 主 要 依 据 个 体 对 应 频 对
组 的干 扰 数 来 定 ， 当搜 索 到 干 扰 数 为 ０的个 体 后 ， 解 的 存 如
确 保 通 信 设 备 合 理 、 序 用 频 ， 须 通 过 科 学 、 效 的 频 率 有 必 有
，
指 配 手 段 来 对 战 场 通 信 装 备 频 率进 行 规 划 。本 文 根 据 我 军 通 信 电 台 的 用频 情 况 ， 合 通 信 电 台 的 工 作 特 点 ，采 用 一 结
自适 应遗传算 法解决 战场 频率 指 配 问题 研 究
张 洪 军 童 利 标 陆 文 骏 周 杰
合肥 ２ ０ ３ ３０ｉ 合肥 、 ２０ ３ ３０ １ 信 息 工程 教研 室 ， 徽 安 ， 解 放 军 陆 军 军 官 学 院 五 系 ， 徽 １ 安 ＼ 解放军陆军军官学院 ２
数。
（） 台 ｉ ２电 和 之 间 违 反 邻 频 干 扰 条 件 约 束 判断 。
１ 通 信 电 台 频 率 指 配 数 学模 型 建 立
本 文 所 要 解 决 的 频率 分 配 问题 是 对 我 军 战 场 上 的所 有 通 信 电 台根 据 其 实 际 参 数 进 行 分 类 ， 出 短 波 和 超 短 波 电 分
中 去 ， 了使 干 扰 较 小 的个 体获 得 更 大 的适 应 度 ， 将 适 应 为 应
一
＃ 。
∑
＾一 １
传 统 的选 择 操 作 方 法 是 对 在 （ ，） 间进 行 区域 划 Ｏ１区
然 Ｏ１区 ， 所 度 函 数 Ｆ（ 与 目标 函数 Ｅ（ ） 为 反 比例 关 系 。 由 于 个 分 ， 后 选 择 一 个 （ ， ） 间 的 随 机 数 ｒ 判 断 ｒ 在 区 间 ， Ｅ） ，定
频 点 ， Ｈ为 终 止 频 点 。设 电 台 在 频 段 内 的频 率 间 隔 为 △厂 广 。
则 第 ｉ 电 台 在 其 可 用 频 段 内可 选 择 的 频 点 是 （ ， Ｌ 个 几 尸 ＋
＊
作 者 简 介 ： 洪 军 （ ０） 男 ， 南 驻 马 店 人 。硕 士研 究 生 。研 究 方 向 ： 能军 事 通 信 系统 。 张 １８一 ， 河 ９ 智
Ｍ ｃ ， ＝
何 在 每 个 电 台 的 可用 频 段 内 ， 据 电磁 兼 容 原 则 选 取 可 用 依 频 点 分 配 给 各 个 电 台使 用 。 具体表 示如下 ： 短波或超短 波波段有 Ｎ 个 电台 ， 设 第
｛ 二
二
（， ｋ ｔ １ Ｎ］ ｉ ， ，∈［ ， ）
２１ ０ １年 第 ４期 （ 第 ６ 总 ４期 ）
桂林 航天 工 业高等 专科学校 学报
Ｊ ＯＵＲ Ｌ ＯＦＧ Ｉ Ｎ Ｃ Ｌ Ｅ ＦＡＥ Ｏ Ｐ Ｃ Ｅ ＨＮＯＬ Ｙ 信 息 与 电 子 工程 ＮＡ ＵＩ Ｉ Ｏ Ｌ ＧＥ Ｏ Ｒ Ｓ Ａ Ｅ Ｔ Ｃ ＯＧ
台 ， 设 短 波 或 超 短 波 波 段 共 有 Ｎ 个 通 信 电 台 ， 个 电 台 假 每 都 有 各 自 的一 段 可用 频 段 。频 率 指 配 所 要 解 决 的 问 题 是 如
Ｈ， ｛ 二： ｃ ｃ 一 ， ， 萋 Ｎ ∈
其 中 ， 邻 频 信 道 最 小 间 隔 。 ｌ （） 台 ｉ ３电 和 之 间 违反 互 调 干 扰 条件 约束 判 断 。
体 的 干 扰 数 会 出 现 ０的情 况 ， 此 还 要 设 定 一 个 适 应 度 常 因
按 位 置 存 储 该 个 体 。本 文 引 用 群 体 平 均 适 应 度 值 Ｆ， 先 首 判 断 与 Ｆ 的 大 小 。 由 于 本 文 所 求 为 目标 函 数 的 最 小
数 Ｃ。适 应 度 函 数 与 目标 函 数 的 关 系 可 以 用 下 式 表示 ：
总 共 可 划 分 出 ｎ １个 可 用 频 点 ， 所 有 可 用 频 点 为 （ ， ＋ 则 ＾
＾ ＋Ａ ＾ ＋ ２ ｆ … ， ＋ ＊Ａ ） 进 行 编 码 后 可 以表 示 ｆ， Ａ ， ＾ ｆ，
为 （ １ ２… ．， 。 Ｏ， ， ）
２ ３ 种 群初 始化 设 计 ．
产 生 初 始 种 群 的方 法 通 常有 两 种 ， 种 是 完 全 随 机 的 一
佳 取 值 为 ３ ２。 ． ２ ２ 染 色体 表 示 和 编 码 方 案 ．
改 进 后 选 择 操 作 具 体 的 工 作 流 程 图 如 图 ｌ所 示 ：
遗传算法中通常有符号 编码 和二进制编 码两种方 式 。 在 本 算 法 实 现 中 ， 用 符 号 编 码 方 式 。 即 对 电 台 的 可 用 频 采
在执行演 习、 练等任务时进行频率指配 。 训
ｆＥ Ｊ 一
＜ Ｄ
Ｍ
其 中 ， 为两 电 台 间不 产 生 同频 干扰 的最 小 间 隔 距 离 ， Ｄ
种 应 用 较 为 广泛 的 优 化 算 法— — 遗 传 算 法 对 我 军 通 信 电 台 ｄ 为 两 电 台工 作 时 实 际 物 理 距 离 ， 为 需 指 配 的 信 道 总 Ｎ
摘 要
论 文在分析我军通信电台在执 行训 练、 演习任务过程 中频率 指配现状 的基础 上 ， 出 了一种基 于遗传算法 的 提
通 信 电 台频 率 指 配 方 法 ， 对 算 法 进 行 了 改 进 ， 真验 证 了 此 法 解 决 战 场 通 信 电 台频 率 指 配 问 题 的 实 时 性 和 并 仿
４１ ５
２ １ ｇｇ ４ ０ １ －
（ ６ ）Ｊ Ｎ Ｇ ＩＯＥ等ＡＯ ＣＥＮＯ 差言标 总 ４期 Ｏ ＡＦＩ Ｅ 学学 ＨＬＹ 第 期 Ｕ Ｌ 林ＣＩ 科校报 ＣＯＧ Ｒ Ｏ桂航 高ＦＲ ＡＴ ＵＮＩ ＯＥＳ Ｅ Ｌ天 专 Ｐ Ｇ 。 。 ／ 叉 文 第 ４
（ 总
６
）
其 中 ，、、 ｎ ｙ为权 重 系 数 。
适 则 前 面 已 经 设 计 了系 统 的 目标 函数 Ｅ ， ， 于适 应度 函 体 的 选 择 概 率 为 Ｐ ， 应 度 值 为 Ｒ ， 选 择 概 率 为 （ ）由
数 的 设 计 要求 是 使 干 扰 数 大 的个 体 获 得 较 小 的 概率 遗传 到 下 一 代 中 ， 干 扰 数 较 小 的个 体 以 较 大 概 率 遗 传 到 下 一 代 而
２ ５ 遗 传 操 作 设 计 与 改 进 ． ２ ５ １ 选 择 操 作 设 计 与 改 进 ．．
２ 算 法 的 实 现 和 改进
２ １ 适 应 度 函数 设 计 ．
本 文 在 进 行 遗 传 操 作 时 采 用 改 进 的 轮 盘 赌 法 选 择 个 体 ， 统 的轮 盘 赌 选 择 法 即适 应 度 比例 选 择 法 ， 第 ｋ个 个 传 设
Ｆ Ｅ 一丽 １ （）
值， 即适 应 度 函 数 的 最 大 值 ， 此 只 对 ≥ Ｆ 的个 体 进 行 在 其 中 Ｃ为 适 应 度 常 数 ， 文 献 Ｅ ］ 经 过 验 证 ， 在 ２中 ｃ的 最 保 留 ， 后 计 算 其 选 择 概 率 ， 样 将 大 大提 高 计 算 效 率 。 然 这
点 进 行 编 号 ， 个 电 台分 得 的频 点就 用 该 编号 表 示 ， 每 这样 每
组 电 台都 分 得 一 个 频 点 编 号 之 后 ， 得 到 了一 个 个 体 编 码 就
串 。如 第 ｉ 电 台 的可 用 频 段 为 （ ， Ｈ ， 个 几 ， ） 频率 间 隔 为 △ ， ，
各 电 台 随 机分 配该 电 台可 用 频 点 编 号 范 围 内 的 频 点 编 号 ， 直到所有电台分配完毕 。 ２ ４ 个体 的评 估 与保 存 ． 图 １ 改 进 的选 择 操 作 流 程
２ ５ ２ 交 叉操 作 设 计 与 改进 ．．
群 体 的 初 始 化 完 毕 之 后 ， 要 对 个 体 的 适 应 度 进 行 评 就
高效性 。
关键 词
遗 传算法 ； 电台； 通信 频率指配
中图分 类号 ： Ｎ １．１ Ｔ ９７１１
文献 标志 码 ： Ａ
文章编 号 ：０９ ０ ３２ １）４ ４５ ３ １０— ３ （０１０— １— １ ０ ０
信 息 化 作 战 的 突 出特 点 是 在 有 限 地 域 内存 在 大 量 用 频 △ ＾ ＋２ ｆ … ， ） 这 样 如 果 在 各 自频 段 内为 每 个 电 厂， ３ ， Ａ 。 设 备 ， 必将造 成信息设备用 频冲突 、 率资源紧 张、 这 频 电磁 台随 机 地 分配 了工 作 频 率 之 后 就 可 以得 到 一 个 所 有 电 台 的 环 境 恶 化 等 问 题 ， 致 无法 达 到通 信 联 络 迅 速 、 确 、 密 、 频 率 组 合 ：， ， ， ， ， ， ） 其 中 ， ∈ ｛ ， ＋Ａ 导 准 保 （ 尸 … ， … ， ＾ ＾ ｆ， 不间断的要求 。 尸 ＋２ ｆ… ． Ａ ） 表 示 分 配 给 电 台 ｉ 工 作 频 率 。频 率 Ｌ ， ５ ， ， 的 目前 ， 军 通 信 电 台 的 频 率 使 用 在 训 练 、 习 、 障 过 我 演 保 指 配 的 目的就 是 找 到 这 样 的 一 系 列 频 率 组 合 ， 电 台 按 照 使 程 中 ， 然采用传 统的频率 指配方法 ， 人工 分段划分 法 、 依 如 所分 配 的频 率 工 作 时 相 互 之 间是 否 能 兼 容 工 作 嘲 。 编 组 划 分 法 、 叉 划 分 法 等 ， 些 方 法 虽 然 能在 一 定 程 度上 交 这 因此 ， 电 台 同 时 工作 时 电 磁兼 容性 进 行 分 析 ， 过 设 对 通 解 决 战 场 电 台 用 频 时 的 电磁 兼 容 问题 ， 面 对 当前 信 息 化 但 置 约 束条 件 来 避 免 干 扰 的 发 生 ， 违 反 约 束 条 件 的 约 束 数 对 水 平越 来 越 高 的 战 场 实 际 ， 些 传 统 方 法 在 实 时 性 、 这 高效 性 进行 统计 ， 立 数 学模 型如 下 ： 建 和稳 定 性 上 都 很 难 满 足 需 要 ， 以 适 应 信 息 时 代 高技 术 战 难 （） 台 ｉ １电 和 之 间 违 反 同频 干 扰 条 件 约 束 判 断 。 争 的要 求 和 日趋 复 杂 的 战 场 电磁 环 境 为 解 决 上 述 问 题 ，