RU2780800C1 - System for optimising the frequency allocation in a set of compactly arranged diverse radioelectronic tools - Google Patents

System for optimising the frequency allocation in a set of compactly arranged diverse radioelectronic tools Download PDF

Info

Publication number
RU2780800C1
RU2780800C1 RU2021120736A RU2021120736A RU2780800C1 RU 2780800 C1 RU2780800 C1 RU 2780800C1 RU 2021120736 A RU2021120736 A RU 2021120736A RU 2021120736 A RU2021120736 A RU 2021120736A RU 2780800 C1 RU2780800 C1 RU 2780800C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
frequency
vector
radio
complex
unit
Prior art date
Application number
RU2021120736A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Денис Михайлович СИЛИН
Original Assignee
Денис Михайлович СИЛИН
Filing date
Publication date
Application filed by Денис Михайлович СИЛИН filed Critical Денис Михайлович СИЛИН
Application granted granted Critical
Publication of RU2780800C1 publication Critical patent/RU2780800C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: computing equipment.
SUBSTANCE: invention relates to the field of computing equipment and telecommunications and can be used for resource allocation in the event of conflicting resource combinations. System for optimising the frequency allocation implements an adaptive genetic algorithm with rank-proportional selection for assigning frequency sets to radioelectronic tools based on measuring the power of mutual interference between the radioelectronic tools, the radio scanning unit, and the corresponding frequency activation/deactivation control unit.
EFFECT: optimised frequency resource allocation between the radioelectronic tools of a set of compactly arranged diverse radioelectronic tools with minimised mutual interference.
1 cl, 4 dwg

Description

ОБЛАСТЬТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Изобретение относится к области вычислительной техники и телекоммуникаций и может быть использовано для распределения ресурсов при наличии конфликтных комбинаций ресурсов, в частности, для распределения частот в комплексе компактно расположенных разнотипных радиоэлектронных средств и минимизации помех, возникающих при использовании близких частот радиосигналов компактно расположенных радиоэлектронных средств. The invention relates to the field of computer technology and telecommunications and can be used to allocate resources in the presence of conflicting combinations of resources, in particular, to distribute frequencies in a complex of compactly located heterogeneous radio electronic equipment and minimize interference that occurs when using close frequencies of radio signals of compactly located radio electronic equipment.

Рассмотрим задачу распределения ресурсов в следующей постановке. Комплекс радиоэлектронных средств содержит несколько субъектов в качестве которых, например, может использоваться радиопередатчик или радар. Примером ресурса может быть радиосигнал в заданной полосе частот, причем каждый субъект может использовать множество допустимых ресурсов - например, работать в различных диапазонах частот.Consider the resource allocation problem in the following formulation. The complex of electronic means contains several subjects, which, for example, can be used as a radio transmitter or radar. An example of a resource would be a radio signal in a given frequency band, where each entity may use a plurality of valid resources - for example, operate in different frequency bands.

Ресурсы в силу их физической, материальной природы, конфликтуют друг с другом и создают взаимные помехи. Например, радиосигналы в смежных полосах частот оказывают взаимное влияние друг на друга, причем в случае компактного расположения радиоэлектронных средств конкретные количественные значения взаимного влияния определяются путем измерения параметров конкретных радиосигналов по множеству субъектов и по множеству частот так как степень взаимного влияния зависит как от расположения субъектов так и от частотных параметров соответствующих сигналов.Resources, due to their physical, material nature, conflict with each other and create mutual interference. For example, radio signals in adjacent frequency bands have mutual influence on each other, and in the case of a compact arrangement of radio electronic means, specific quantitative values of mutual influence are determined by measuring the parameters of specific radio signals over a set of subjects and over a set of frequencies, since the degree of mutual influence depends both on the location of the subjects and and on the frequency parameters of the corresponding signals.

На практике, актуальна задача выбора такого варианта распределения ресурсов, в частности, назначения диапазонов частот радиоэлектронным средствам, при котором каждый субъект получает хотя бы один частотный диапазон из своего множества допустимых ресурсов и минимизируется суммарный уровень взаимных помех в комплексе компактно расположенных разнотипных радиоэлектронных средств.In practice, the problem of choosing such an option for distributing resources is relevant, in particular, assigning frequency ranges to radio electronic means, in which each subject receives at least one frequency range from its set of allowable resources and minimizes the total level of mutual interference in a complex of compactly located heterogeneous radio electronic means.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION

Из уровня техники Д1 (William K. Hale. Frequency Assignment: Theory and Applications. - Proceedings of the IEEE, Vol. 68, No. 12, December 1980) известен способ решения задачи распределения частотных ресурсов при котором задача присвоения частот формулируется как задача поиска отображения подмножества плоскости, представляющего возможные расположения радиоэлектронных средств в множество натуральных чисел, представляющее назначенные частоты, причем показано, что указанная задача является NP-полной, что приводит к тому, что строго оптимальное назначение частот возможно лишь для малого числа радиоэлектронных средств, которое не представляет практического интереса.From the prior art D1 (William K. Hale. Frequency Assignment: Theory and Applications. - Proceedings of the IEEE, Vol. 68, No. 12, December 1980), a method for solving the problem of frequency resource allocation is known in which the frequency assignment problem is formulated as a search problem mapping a subset of the plane representing the possible locations of radio electronic means into a set of natural numbers representing the assigned frequencies, and it is shown that the indicated problem is NP-complete, which leads to the fact that a strictly optimal frequency assignment is possible only for a small number of radio electronic means, which does not represent practical interest.

С учетом изложенного, на практике используются квазиоптимальные методы для распределения ресурсов. В частности, в источнике Д2 (патент RU 2291459) рассматривается система защиты импульсных радиолокационных станций от активных шумовых помех, использующая генетический алгоритм для управления цифровыми фазовращателями. Генетический алгоритм, используемый в Д2, использует вектор выходных мощностей, который ранжируется по увеличивающейся выходной мощности помех, и в соответствии с этим составляется ранжированная матрица выходных мощностей. Следующим шагом является отбрасывание половины тех строк, которым соответствует максимальная выходная мощность и затем в качестве "родителей" случайным образом выбираются две строки для создания двух кодовых строк в результате обмена частью кодов, причем объем части кодов выбирается случайно.In view of the above, in practice, quasi-optimal methods are used to allocate resources. In particular, the source D2 (patent RU 2291459) considers a system for protecting pulsed radar stations from active noise interference, which uses a genetic algorithm to control digital phase shifters. The genetic algorithm used in D2 uses an output power vector that is ranked by increasing interference output power, and a ranked output power matrix is constructed accordingly. The next step is to discard half of those strings that correspond to the maximum output power, and then two strings are randomly selected as "parents" to create two code strings by exchanging a part of the codes, and the amount of the part of the codes is chosen at random.

Таким образом, применяемый генетический алгоритм не является адаптивным, использует механический подход (отбрасывание половины строк) и случайное создание новых кодовых строк.Thus, the applied genetic algorithm is not adaptive, it uses a mechanical approach (rejection of half of the lines) and random generation of new code lines.

Вследствие наличия указанных недостатков, в Д2 не достигается стабильный результат подавления активных шумовых помех, который носит случайный характер, особенно при наличии нескольких помех в одной и той же помеховой ситуации.Due to the presence of these shortcomings, D2 does not achieve a stable result of suppressing active noise interference, which is random in nature, especially if there are several interferences in the same interference situation.

Заявленное изобретение направлено на устранение вышеуказанных недостатков.The claimed invention is aimed at eliminating the above disadvantages.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯDISCLOSURE OF THE INVENTION

Техническим результатом заявленного изобретения является реализация способа и системы, реализующих оптимизацию распределения частотных ресурсов между радиоэлектронными средствами комплекса компактно расположенных разнотипных радиоэлектронных средств и обеспечивающих минимизацию взаимных помех в комплексе за счет использования адаптивного генетического алгоритма с рангово-пропорциональной селекцией для назначения множеств частот.The technical result of the claimed invention is the implementation of a method and a system that optimizes the distribution of frequency resources between radio electronic means of a complex of compactly located heterogeneous radio electronic means and ensures the minimization of mutual interference in the complex by using an adaptive genetic algorithm with rank-proportional selection for assigning sets of frequencies.

Заявленный технический результат достигается за счет заявленного способа оптимизации распределения частот в комплексе компактно расположенных разнотипных радиоэлектронных средств, содержащего этапы на которых:The claimed technical result is achieved due to the claimed method for optimizing the frequency distribution in a complex of compactly located radio-electronic means of various types, comprising the steps of which:

- осуществляют сканирование радиоэфира и измерение мощностей взаимных помех, возникающих между радиоэлектронными средствами, определяют размер популяции n;- carry out scanning of the air and measurement of the power of mutual interference occurring between electronic means, determine the size of the population n;

- измеряют частоты, используемые радиоэлектронными средствами указанного комплекса;- measure the frequencies used by radio-electronic means of the specified complex;

- устанавливают коэффициент рангового отбора α;- set the coefficient of rank selection α;

- для каждой особи устанавливают двоичный случайный вектор частотного присвоения Vi, i=1…n с биномиальным распределением Bi(1, P1), где Р1 - вероятность разрешения частоты в начальной популяции;- for each individual, a binary random vector of frequency assignment V i , i=1...n with a binomial distribution Bi(1, P 1 ), where P 1 is the frequency resolution probability in the initial population;

- с использованием измеренных мощностей взаимных помех комплекса вычисляют целевую функцию Fi для каждого из векторов Vi, частотных присвоений популяции особей;- using the measured powers of the mutual interference of the complex, the objective function F i is calculated for each of the vectors V i , the frequency assignments of the population of individuals;

- определяют наибольшее значение целевой функции для сформированной популяции и соответствующий ей вектор частотного присвоения, в случае достижения целевой функцией требуемого значения или выполнения заданного количества итераций переходят к этапу формирования вектора признаков использования частот;- determine the highest value of the objective function for the generated population and the frequency assignment vector corresponding to it, if the objective function reaches the required value or performs a given number of iterations, they proceed to the stage of forming the vector of frequency usage features;

- упорядочивают особи по их целевой функции;- arrange individuals according to their target function;

- выбирают ал особей высших рангов;- choose al individuals of the highest ranks;

- из выбранных ал особей формируют новую популяцию из n особей следующим образом:- from the selected al individuals form a new population of n individuals as follows:

для каждой i-й особи вычисляют значениеfor each i-th individual calculate the value

Xi=n*(Fi-min(Fi))/((сумма всех Fi из множества αn особей высших рангов)-n*min(Fi)),X i =n*(F i -min(F i ))/((sum of all F i from the set of αn individuals of higher ranks)-n*min(F i )),

вектор Vi копируют Xi раз в новую популяцию,the vector V i is copied X i times into the new population,

проводят скрещивание n/2 пар случайным образом отобранных особей из новой популяции,n/2 pairs of randomly selected individuals from the new population are crossed,

для каждой особи новой популяции инвертируют случайно выбранные с вероятностью мутации Pm двоичные разряды вектора Vi;for each individual of the new population invert randomly selected with the probability of mutation P m binary digits of the vector V i ;

- переходят к этапу вычисления целевой функции;- go to the stage of calculating the objective function;

- формируют вектор признаков использования частот для каждого радиоэлектронного средств, с использованием определенного вектора частотного присвоения;- form a vector of signs of the use of frequencies for each radio-electronic means, using a specific frequency assignment vector;

- включают активные частоты и блокируют пассивные частоты на радиоэлектронных средствах комплекса в соответствии с сформированным вектором признаков использования частот.- turn on active frequencies and block passive frequencies on the radio-electronic means of the complex in accordance with the generated vector of signs of frequency use.

Заявленный технический результат также достигается использованием системы для оптимизации распределения частот в комплексе компактно расположенных разнотипных радиоэлектронных средств, выполненной с возможностью осуществления способа оптимизации распределения частот согласно заявленному изобретению и содержащей блок сканирования радиоэфира, блок измерения частот, блок формирования вектора частотного присвоения, блок вычисления целевой функции, блок формирования вектора признаков использования частот, блок управления включением/выключением частот, блок радиоэлектронных средств, причем блок сканирования радиоэфира подключен к блоку измерения частот и блоку вычисления целевой функции,The claimed technical result is also achieved by using a system for optimizing the distribution of frequencies in a complex of compactly located heterogeneous radio-electronic means, made with the possibility of implementing the method for optimizing the distribution of frequencies according to the claimed invention and containing a radio air scanning unit, a frequency measurement unit, a frequency assignment vector generation unit, an objective function calculation unit , a block for generating a vector of signs of using frequencies, a control block for turning on / off frequencies, a block for radio electronic means, moreover, the radio air scanning block is connected to the frequency measurement block and the objective function calculation block,

блок измерения частот подключен к блоку формирования вектора частотного присвоения, блок формирования вектора частотного присвоения подключен к блоку вычисления целевой функции,the frequency measurement unit is connected to the frequency assignment vector generation unit, the frequency assignment vector formation unit is connected to the objective function calculation unit,

блок вычисления целевой функции подключен к блоку формирования вектора признаков использования частот и блоку формирования вектора частотного присвоения,the objective function calculation unit is connected to the frequency usage feature vector generation unit and the frequency assignment vector generation unit,

блок формирования вектора признаков использования частот подключен к блоку управления включением/выключением частот, причем блок управления включением/выключением частот подключен к блоку радиоэлектронных средств и управляет включением/выключением частот радиоэлектронных средств комплекса.the frequency use feature vector generation unit is connected to the frequency on/off control unit, and the frequency on/off control unit is connected to the radio electronic equipment unit and controls the on/off frequencies of the radio electronic equipment of the complex.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Фиг 1. Блок-схема алгоритма генетического алгоритма с рангово-пропорциональной селекцией для назначения множеств частотFig 1. Flowchart of a genetic algorithm with rank-proportional selection for frequency set assignment

Фиг. 2. Зависимость показателя качества от коэффициента рангового отбораFig. 2. Dependence of the quality indicator on the coefficient of rank selection

Фиг. 3. Процесс приближения генетических алгоритмов к квазиоптимальному решениюFig. 3. The process of approximation of genetic algorithms to a quasi-optimal solution

Фиг. 4 Структурная схема системы для оптимизации распределения частот в комплексе компактно расположенных разнотипных радиоэлектронных средствFig. 4 Block diagram of the system for optimizing the distribution of frequencies in a complex of compactly located heterogeneous radio-electronic facilities

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯIMPLEMENTATION OF THE INVENTION

Решение задачи устранения распределения частот и уменьшения взаимных помех в комплексе компактно расположенных разнотипных радиоэлектронных средств (РЭС) имеет свою специфику, которая связана с тем, что в случае, когда радиоэлектронные средства расположены компактно и являются разнотипными нет возможности уменьшить взаимные помехи, удалив радиоэлектронные средства друг от друга.The solution to the problem of eliminating the distribution of frequencies and reducing mutual interference in a complex of compactly located heterogeneous radio electronic means (RES) has its own specifics, which is due to the fact that in the case when radio electronic means are located compactly and are of different types, there is no way to reduce mutual interference by removing radio electronic means from each other. from friend.

Помимо этого, на практике используемые радиоэлектронные средства, например, судовое радиоэлектронное оборудование, являются разнотипными, что не позволяет применить существующие стандартные методы разделения ресурсов - например, кодовое разделение. Отсюда следует, что для устранения взаимных помех необходимо оптимизировать распределение имеющихся частотных ресурсов между средствами.In addition, in practice, the radio electronic means used, for example, shipborne electronic equipment, are of various types, which does not allow the use of existing standard resource separation methods, such as code separation. It follows that in order to eliminate mutual interference, it is necessary to optimize the distribution of available frequency resources between means.

В заявленном изобретении технический результат достигается за счет использования нового генетического алгоритма, который использует эффективное распределение множества частот между компактно расположенными радиоэлектронными средствами в итеративном процессе на каждом этапе которого проводится оценка уровней взаимных помех комплекса на основе которых вычисляется целевая функция.In the claimed invention, the technical result is achieved through the use of a new genetic algorithm that uses the efficient distribution of a plurality of frequencies between compactly located radio electronic means in an iterative process at each stage of which an assessment of the levels of mutual interference of the complex is carried out, on the basis of which the objective function is calculated.

В качестве целевой функции, обеспечивающей эффективное присваивание частот компактно расположенным радиоэлектронным средствам, можно использовать количество информации, содержащейся в совокупности сигналов, принимаемых радиоэлектронными средствами комплекса. Известно, что количество информации, содержащейся в совокупности сигналов, обрабатываемых радиоэлектронными средствами комплекса, зависит от общего уровня помех, влияющих на работу комплекса таким образом, что чем ниже общий уровень помех, тем выше количество информации. Оптимальное распределение частот между средствами комплекса приводит к максимизации целевой функции и минимизирует уровень помех.As an objective function that ensures the efficient assignment of frequencies to compactly located radio electronic means, you can use the amount of information contained in the set of signals received by the radio electronic means of the complex. It is known that the amount of information contained in the set of signals processed by the radio electronic means of the complex depends on the overall level of interference affecting the operation of the complex in such a way that the lower the overall level of interference, the higher the amount of information. The optimal distribution of frequencies between the means of the complex leads to the maximization of the objective function and minimizes the level of interference.

Различные варианты оценки уровня взаимных помех и реализации целевой функции рассматриваются, например, в статье «Информационный критерий эффективности систем оценки параметров сигнала», Электросвязь, 2019 №10.Various options for assessing the level of mutual interference and implementing the objective function are considered, for example, in the article “Information criterion for the effectiveness of systems for estimating signal parameters”, Electrosvyaz, 2019 No. 10.

Тем не менее, в заявленном изобретении существенным признаком является не конкретный вид и способ вычисления целевой функции, а использование указанной функции для минимизации уровня помех.However, in the claimed invention, the essential feature is not the specific form and method of calculating the objective function, but the use of this function to minimize the noise level.

Используемый в данном документе термин «популяция» представляет собой совокупность вариантов распределения частот между радиоэлектронными средствами комплекса, особь представляет собой совокупность радиоэлектронных средств комплекса для которых установлен вектор частотных присвоений, скрещивание представляет собой формирование особи, имеющей новые признаки частотных присвоений на основе признаков частотных присвоений других особей, селекция - отбор по некоторому критерию особей, подлежащих скрещиванию.The term “population” used in this document is a set of options for distributing frequencies between the radio electronic means of the complex, an individual is a set of radio electronic means of the complex for which a vector of frequency assignments is established, crossing is the formation of an individual that has new signs of frequency assignments based on the signs of frequency assignments of others individuals, selection - selection by some criterion of individuals to be crossed.

Все определения, используемые в настоящем документе, обладают преимуществом перед определениями в словарях, определениями в документах, включенных в качестве ссылок, и/или обычными значениями определенных терминов.All definitions used herein take precedence over definitions in dictionaries, definitions in documents incorporated by reference, and/or the conventional meanings of certain terms.

Существует ряд стратегий отбора (селекции) особей для скрещивания -пропорциональный выбор, метод рулетки, турнирный метод, а также метод, раскрытый в Д2. Тем не менее, известные стратегии не позволяют достичь заявленного технического результата.There are a number of strategies for selecting (selection) individuals for crossing - proportional selection, the roulette method, the tournament method, as well as the method disclosed in D2. However, the known strategies do not allow to achieve the claimed technical result.

Предлагаемый генетический алгоритм использует новый оператор селекции, обеспечивающий более эффективную работу генетического алгоритма при назначении частот, а также использует оценку целевой функции для обеспечения оптимизации распределения частот.The proposed genetic algorithm uses a new selection operator that provides more efficient operation of the genetic algorithm when assigning frequencies, and also uses objective function estimation to ensure frequency distribution optimization.

Представим вектор частотных присвоений особи (множество частот РЭС) в виде двоичного вектора V, в котором ноль означает, что частота не присвоена (запрещена), а единица означает, что частота присвоена (разрешена):Let us represent the vector of frequency assignments of an individual (a set of RES frequencies) as a binary vector V, in which zero means that the frequency is not assigned (prohibited), and one means that the frequency is assigned (allowed):

Figure 00000001
Figure 00000001

где ƒi,j - двоичный признак назначения i-й частоты j-го РЭС. Начальную популяцию сформируем из случайных двоичных векторов, элементы которых равны 1 с вероятностью P1.where ƒ i,j is a binary indication of assigning the i-th frequency of the j-th RES. The initial population will be formed from random binary vectors whose elements are equal to 1 with probability P 1 .

В качестве оператора скрещивания выберем обмен векторов особей V1 и V2 значениями в случайно выбранных позициях, в результате скрещивания получаются вектора V3 и V4, например:As a crossing operator, we will choose the exchange of vectors of individuals V 1 and V 2 values in randomly selected positions, as a result of crossing, vectors V 3 and V 4 are obtained, for example:

Figure 00000002
Figure 00000002

Скрещивание в примере проводится в позициях (1,2), (1,3), (2,1), (2,3) и (N,2). Вектор V3 - это вектор V1, у которого в данных позициях поставлены элементы вектора V2. Вектор V4 - это вектор V2, у которого в данных позициях поставлены элементы вектора V1. Мутация осуществляется инверсией разрядов в двоичном векторе особи с вероятностью Рм.Crossing in the example is carried out in positions (1,2), (1,3), (2,1), (2,3) and (N,2). The vector V 3 is the vector V 1 , which has the elements of the vector V 2 in the given positions. The vector V 4 is the vector V 2 , which has the elements of the vector V 1 in the given positions. Mutation is carried out by inversion of bits in the binary vector of the individual with a probability R m .

Для каждого варианта распределения частот по радиоэлектронным средствам комплекса возможно вычисление значения целевой функции, характеризующей эффективность, достигаемую при использовании каждого конкретного варианта.For each variant of frequency distribution over the radio-electronic means of the complex, it is possible to calculate the value of the objective function that characterizes the efficiency achieved when using each specific variant.

Рангом особи назовем ее позицию в упорядоченном по возрастанию целевой функции множестве особей. Зададим число α (1/n ≤ α ≤ 1) - коэффициент рангового отбора.The rank of an individual is its position in the set of individuals ordered in ascending order of the objective function. Let's set the number α (1/n ≤ α ≤ 1) - the coefficient of rank selection.

Выберем из популяции αn лучших по рангу особей. Из них с помощью одного из методов селекции сформируем популяцию для последующего скрещивания. Таким образом, в отличие от рулеточного, турнирного и пропорционального методов селекции и метода, раскрытого в Д2, особи из числа an лучших по рангу обязательно участвуют в скрещивании, причем формирование новой популяции проводится не случайным образом (как в Д2), а с использованием стратегий отбора, представленных ниже при описании этапа 109 заявленного способа, а также использующих целевую функцию, обеспечивающих достижение заявленного технического результата за счет существенного повышения качества устранения взаимных помех в комплексе компактно расположенных разнотипных радиоэлектронных средств.Let us choose from the population αn the best in rank individuals. From them, using one of the selection methods, we will form a population for subsequent crossing. Thus, in contrast to the roulette, tournament and proportional selection methods and the method disclosed in D2, individuals from among the best in rank necessarily participate in crossing, and the formation of a new population is not carried out randomly (as in D2), but using strategies selection, presented below in the description of step 109 of the claimed method, as well as using the target function, ensuring the achievement of the claimed technical result due to a significant improvement in the quality of eliminating mutual interference in a complex of compactly located radio-electronic means of various types.

Предлагаемый генетический алгоритм назначения множеств частот представлен на фиг.1.The proposed genetic algorithm for assigning sets of frequencies is shown in Fig.1.

На этапе 101 осуществляют сканирование радиоэфира и измерение мощностей взаимных помех, возникающих между радиоэлектронными средствамии определяют размер популяции n;At step 101, the radio is scanned and the power of mutual interference occurring between radio electronic means is measured and the size of the population n is determined;

На этапе 102 измеряют частоты, используемые радиоэлектронными средствами указанного комплекса;At step 102, the frequencies used by the electronic means of the specified complex are measured;

На этапе 103 устанавливают коэффициент рангового отбора α;At step 103, the rank selection coefficient α is set;

На этапе 104 для каждой особи устанавливают двоичный случайный вектор Vi, i=1…n с биномиальным распределением Bi(1, P1), где Р1 - вероятность разрешения частоты в начальной популяции;At step 104, for each individual, a binary random vector V i , i=1...n with a binomial distribution Bi(1, P 1 ), where P 1 is the frequency resolution probability in the initial population, is set;

На этапе 105 с использованием измеренных мощностей взаимных помех комплекса вычисляют целевую функцию Fi для каждого из векторов Vi частотных присвоений популяции особей;At step 105, using the measured mutual interference powers of the complex, an objective function F i is calculated for each of the vectors V i of frequency assignments of the population of individuals;

На этапе 106 определяют наибольшее значение целевой функции для сформированной популяции и соответствующий ей вектор частотного присвоения,At step 106, the largest value of the objective function for the generated population and the corresponding frequency assignment vector are determined,

На этапе 106 в случае достижения целевой функцией требуемого значения или выполнения заданного количества итераций переходят к этапу 111 формирования вектора признаков использования частот;At step 106, if the target function reaches the required value or performs a predetermined number of iterations, go to step 111 of the formation of the frequency usage feature vector;

На этапе 107 упорядочивают особи по их целевой функции;At step 107, individuals are ordered according to their objective function;

На этапе 108 выбирают an особей высших рангов;At step 108 select an individuals of the highest ranks;

На этапе 109 из выбранных an особей формируют новую популяцию из n особей следующим образом:At step 109, a new population of n individuals is formed from the selected an individuals as follows:

109-1: для каждой i-й особи вычисляют значение109-1: for each i-th individual calculate the value

Xi=n*(Fi-min(Fi))/((сумма всех Fi из множества an особей высших рангов)-n*min(Fi)),X i =n*(F i -min(F i ))/((sum of all F i from the set an of individuals of higher ranks)-n*min(F i )),

109-2: вектор Vi копируют Xi раз в новую популяцию,109-2: the vector V i is copied X i times into the new population,

109-3: проводят скрещивание n/2 пар случайным образом отобранных особей из новой популяции,109-3: n/2 pairs of randomly selected individuals from the new population are crossed,

109-4: для каждой особи новой популяции инвертируют случайно выбранные с вероятностью мутации Pm двоичные разряды вектора Vi;109-4: for each individual of the new population, bits of the vector V i randomly selected with a probability of mutation P m are inverted;

На этапе 110 переходят к этапу 105 вычисления целевой функции; На этапе 111 формируют вектор признаков использования частот для каждого радиоэлектронного средств, с использованием определенного вектора частотного присвоения;At step 110 go to step 105 calculation of the objective function; At step 111, a frequency usage feature vector is generated for each radio electronic means using a specific frequency assignment vector;

На этапе 112 включают активные частоты и блокируют пассивные частоты на радиоэлектронных средствах комплекса в соответствии с сформированным вектором признаков использования частот.At step 112, active frequencies are turned on and passive frequencies are blocked on the radio-electronic means of the complex in accordance with the generated frequency usage feature vector.

На фиг.2 представлены зависимости показателя качества (целевой функции) от коэффициента рангового отбора. Предлагаемый новый принцип рангового отбора использовался для улучшения качестваFigure 2 shows the dependence of the quality index (objective function) on the coefficient of rank selection. The proposed new principle of rank selection was used to improve the quality

пропорционального, турнирного и рулеточного принципов селекции. Из графика видно, что в случае отсутствия ранговой селекции (в случае α=1), a также по сравнению с использованием случайного поиска (в случае α=1/n), эффективность нового принципа рангового отбора намного выше по сравнению с традиционными методами.proportional, tournament and roulette selection principles. It can be seen from the graph that in the absence of rank selection (in the case of α=1), as well as in comparison with the use of random search (in the case of α=1/n), the efficiency of the new principle of rank selection is much higher compared to traditional methods.

Наилучшие результаты достигаются при 0,1 ≤ α ≤ 0,75. Например, при α=0,3 ранговый метод на 20% эффективнее по сравнению с использованием случайного поиска, а также пропорционального, турнирного и рулеточного принципов селекции.The best results are achieved at 0.1 ≤ α ≤ 0.75. For example, with α=0.3, the ranking method is 20% more efficient than using a random search, as well as proportional, tournament and roulette selection principles.

На фиг.3 представлен график, иллюстрирующий процесс приближения генетических алгоритмов к квазиоптимальному решению. Из графика следует, что при использовании заявленного генетического алгоритма с предварительным ранговым отбором целевая функция имеет более высокое значение и в процессе эволюции возрастает существенно быстрее по сравнению с известными алгоритмами.Figure 3 is a graph illustrating the process of approaching genetic algorithms to a quasi-optimal solution. It follows from the graph that when using the proposed genetic algorithm with preliminary rank selection, the objective function has a higher value and in the process of evolution grows much faster compared to the known algorithms.

Таким образом, предлагаемый генетический алгоритм с рангово-пропорциональной селекцией показывает наилучшие результаты по качеству работы по сравнению с генетическими алгоритмами, не использующими ранговую селекцию и обеспечивает распределение частотных ресурсов между радиоэлектронными средствами комплекса, обеспечивающие минимизацию взаимных помех в комплексе.Thus, the proposed genetic algorithm with rank-proportional selection shows the best results in terms of quality of work compared to genetic algorithms that do not use rank selection and ensures the distribution of frequency resources between the radio-electronic means of the complex, minimizing mutual interference in the complex.

Таким образом, совокупность существенных признаков заявленного изобретения обеспечивает достижение заявленного технического результата, причем указанный технический результат обеспечивается за счет технических операций с материальными средствами, включая измерение физических параметров и установку технических режимов работы радиоэлектронных средств.Thus, the set of essential features of the claimed invention ensures the achievement of the claimed technical result, and the specified technical result is ensured through technical operations with material means, including the measurement of physical parameters and the installation of technical modes of operation of radio electronic means.

Новый генетический алгоритм, раскрытый в заявленном изобретении, является неотъемлемой частью указанного способа и предназначен для формирования материальных управляющих сигналов, активирующих или блокирующих частоты комплекса радиоэлектронных средств и обеспечивающих получение результата (оптимизация распределения частот), который является техническим.The new genetic algorithm disclosed in the claimed invention is an integral part of this method and is intended to generate material control signals that activate or block the frequencies of the radio electronic means complex and provide a result (frequency distribution optimization), which is technical.

Заявленный способ реализуется с использованием системы, структурная схема которой представлена на фиг.4.The claimed method is implemented using the system, the block diagram of which is shown in Fig.4.

Заявленная система содержит блок 400 сканирования радиоэфира, блок 401 измерения частот, блок 402 формирования вектора частотного присвоения, блок 403 вычисления целевой функции, блок 404 формирования вектора признаков использования частот, блок 405 управления включением/выключением частот, блок 406 радиоэлектронных средств.The claimed system contains a radio scanning unit 400, a frequency measurement unit 401, a frequency assignment vector generation unit 402, an objective function calculation unit 403, a frequency usage feature vector generation unit 404, a frequency on/off control unit 405, and a radio electronics unit 406.

Система для устранения взаимных помех при распределении частот в комплексе компактно расположенных разнотипных радиоэлектронных средств реализует основные функции согласно способу, раскрытому в пункте 1 формулы заявленного изобретения.A system for eliminating mutual interference in the distribution of frequencies in a complex of compactly located heterogeneous radio electronic means implements the main functions according to the method disclosed in paragraph 1 of the claims of the claimed invention.

В частности, блок 400 сканирования радиоэфира осуществляет сканирование радиоэфира и измерение мощностей взаимных помех, возникающих между радиоэлектронными средствами, информация об используемых частотах поступает в блок 401 измерения частот, который осуществляет измерение частот, результаты измерений поступают в блок 402 и используются для формирования вектора частотного присвоения, которое включает в себя выполнение операций 103, 104, 107-109 заявленного способа, блок 403 выполняет операции 105, 106 и управляет блоком 402 для формирования значения вектора частотного присвоения, удовлетворяющего требованиям, предъявляемым к целевой функции, что обеспечивает оптимизацию распределения частот.In particular, the radio scanning unit 400 scans the radio air and measures the power of mutual interference occurring between electronic means, information about the frequencies used is sent to the frequency measurement unit 401, which performs the frequency measurement, the measurement results are sent to the unit 402 and used to generate a frequency assignment vector , which includes performing steps 103, 104, 107-109 of the claimed method, block 403 performs steps 105, 106 and controls block 402 to generate a frequency assignment vector value that satisfies the requirements of the objective function, which optimizes the frequency allocation.

При достижении требуемых значений целевой функции блок 403 выдает управляющий сигнал в блок 404 для запуска формирования вектора признаков использования частот в соответствии с этапом 111. Сформированный вектор признаков использования частот поступает в блок 405 управления включением/выключением частот, который управляет радиоэлектронными средствами 400 для реализации этапа 112 что обеспечивает оптимизированное распределение частотных ресурсов между радиоэлектронными средствами комплекса.When the required values of the objective function are reached, block 403 issues a control signal to block 404 to start generating the frequency usage feature vector in accordance with step 111. The generated frequency usage feature vector is fed to the frequency on/off control unit 405, which controls the electronic means 400 to implement the step 112, which provides an optimized distribution of frequency resources between the radio-electronic means of the complex.

Claims (13)

Система для оптимизации распределения частот в комплексе компактно расположенных разнотипных радиоэлектронных средств, содержащая блок сканирования радиоэфира, блок измерения частот, блок формирования вектора частотного присвоения, блок вычисления целевой функции, блок формирования вектора признаков использования частот, блок управления включением/выключением частот, блок радиоэлектронных средств, причем блок сканирования радиоэфира, осуществляющий сканирование радиоэфира и измерение мощностей взаимных помех, возникающих между радиоэлектронными средствами, подключен к блоку измерения частот и блоку вычисления целевой функции, блок вычисления целевой функции подключен к блоку формирования вектора частотного присвоения; блок измерения частот измеряет частоты, используемые радиоэлектронными средствами комплекса, и подключен к блоку формирования вектора частотного присвоения; блок формирования вектора частотного присвоения выполнен с возможностью реализации функций:A system for optimizing the distribution of frequencies in a complex of compactly located heterogeneous radio electronic facilities, containing a radio air scanning unit, a frequency measurement unit, a frequency assignment vector generation unit, an objective function calculation unit, a frequency usage feature vector formation unit, a frequency on/off control unit, a radio electronic equipment unit , wherein the radio scanning unit, which scans the radio air and measures the power of mutual interference occurring between electronic means, is connected to the frequency measurement unit and the objective function calculation unit, the objective function calculation unit is connected to the frequency assignment vector generation unit; the frequency measurement unit measures the frequencies used by the radio electronic means of the complex, and is connected to the frequency assignment vector formation unit; the frequency assignment vector generation unit is configured to implement the following functions: - установки коэффициента рангового отбора α,- setting the coefficient of rank selection α, - установки для каждого радиоэлектронного средства комплекса двоичного случайного вектора частотного присвоения Vi, i=l...n с биномиальным распределением Bi(l, P1), где P1 - вероятность разрешения частоты в начальной популяции,- settings for each radio-electronic facility of a binary random vector of frequency assignment Vi, i=l...n with binomial distribution Bi(l, P1), where P1 is the frequency resolution probability in the initial population, - упорядочивания радиоэлектронных средств комплекса, для которых установлен вектор частотных присвоений, по их целевой функции, - ordering the radio-electronic means of the complex, for which the vector of frequency assignments is established, according to their target function, - выбора αn радиоэлектронных средств комплекса, для которых установлен вектор частотных присвоений высших рангов, - selection of αn radio-electronic means of the complex, for which the vector of frequency assignments of the highest ranks is established, - формирования из выбранных αn радиоэлектронных средств комплекса, для которых установлен вектор частотных присвоений, новой популяции из n радиоэлектронных средств комплекса, для которых установлен вектор частотных присвоений с возможностью выполнения операций, включающих: вычисление значения Xi=n*(Fi-min(Fi))/((сумма всех Fi из множества αn радиоэлектронных средств комплекса, для которых установлен вектор частотных присвоений высших рангов)-n*min(Fi)) для каждых i-x радиоэлектронных средств комплекса, для которых установлен вектор частотных присвоений, копирование вектора Vi в новую популяцию Xi раз, формирование радиоэлектронных средств комплекса, имеющих новые признаки частотных присвоений, на основе признаков частотных присвоений других радиоэлектронных средств комплекса для n/2 пар случайным образом отобранных радиоэлектронных средств комплекса, для которых установлен вектор частотных присвоений из новой популяции, инвертирование случайно выбранных с вероятностью мутации Рm двоичных разрядов вектора Vi для каждых радиоэлектронных средств комплекса, для которых установлен вектор частотных присвоений новой популяции;- formation from the selected αn radio electronic facilities of the complex, for which the vector of frequency assignments is set, a new population of n radio electronic facilities of the complex, for which the vector of frequency assignments is set with the ability to perform operations, including: calculation of the value Xi=n*(Fi-min(Fi) )/((the sum of all Fi from the set αn of radio electronic facilities of the complex, for which the vector of frequency assignments of the highest ranks is set)-n*min(Fi)) for each i-x radio electronic facilities of the complex, for which the vector of frequency assignments is set, copying the vector Vi into a population Xi times, the formation of radio electronic facilities of the complex with new signs of frequency assignments, based on the signs of frequency assignments of other radio electronic facilities of the complex for n/2 pairs of randomly selected radio electronic facilities of the complex, for which a vector of frequency assignments from the new population is established, inversion of randomly selected probability of mutation Pm binary digits of the vector Vi for each radio-electronic means of the complex, for which the vector of frequency assignments of the new population is established; блок формирования вектора частотного присвоения подключен к блоку вычисления целевой функции;the frequency assignment vector generation unit is connected to the objective function calculation unit; блок вычисления целевой функции выполнен с возможностью реализацииthe objective function calculation unit is configured to implement операций:operations: вычисления целевой функции Fi с использованием измеренных мощностей взаимных помех комплекса для каждого из векторов Vi частотных присвоений популяции радиоэлектронных средств комплекса, для которых установлен вектор частотных присвоений;calculating the objective function Fi using the measured mutual interference powers of the complex for each of the vectors Vi of frequency assignments of the population of radio electronic facilities of the complex, for which the vector of frequency assignments is set; определения наибольшего значения целевой функции для сформированной популяции и соответствующего ей вектора частотного присвоения;determining the highest value of the objective function for the generated population and the corresponding frequency assignment vector; блок вычисления целевой функции подключен к блоку формирования вектора признаков использования частот и выполнен с возможностью в случае достижения целевой функцией требуемого значения или выполнения заданного количества итераций выдачи управляющего сигнала в блок формирования вектора признаков использования частот для формирования вектора признаков использования частот;the target function calculation unit is connected to the frequency usage feature vector generating unit and is configured to, if the target function reaches the required value or performs a predetermined number of iterations, outputs a control signal to the frequency usage feature vector generation unit to generate the frequency usage feature vector; блок формирования вектора признаков использования частот подключен к блоку управления включением/выключением частот, причем блок управления включением/выключением частот подключен к блоку радиоэлектронных средств и выполнен с возможностью управления включением/выключением частот радиоэлектронных средств комплекса.the frequency use feature vector generation unit is connected to the frequency on/off control unit, and the frequency on/off control unit is connected to the electronic equipment unit and is configured to control the on/off frequencies of the radio electronic equipment of the complex.
RU2021120736A 2021-07-14 System for optimising the frequency allocation in a set of compactly arranged diverse radioelectronic tools RU2780800C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2780800C1 true RU2780800C1 (en) 2022-10-04

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6023459A (en) * 1996-12-04 2000-02-08 Northern Telecom Limited Frequency assignment in wireless networks
RU2294561C2 (en) * 2005-03-28 2007-02-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Таганрогский государственный радиотехнический университет" (ТРТУ) Device for hardware realization of probability genetic algorithms
RU2390096C2 (en) * 2008-04-21 2010-05-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации (Академия ФСО России) Method for assignment of frequencies to radio-electronic facilities
US8838046B2 (en) * 2010-06-18 2014-09-16 Mediatek Inc. System and method of hybrid FDM/TDM coexistence interference avoidance

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6023459A (en) * 1996-12-04 2000-02-08 Northern Telecom Limited Frequency assignment in wireless networks
RU2294561C2 (en) * 2005-03-28 2007-02-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Таганрогский государственный радиотехнический университет" (ТРТУ) Device for hardware realization of probability genetic algorithms
RU2390096C2 (en) * 2008-04-21 2010-05-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации (Академия ФСО России) Method for assignment of frequencies to radio-electronic facilities
US8838046B2 (en) * 2010-06-18 2014-09-16 Mediatek Inc. System and method of hybrid FDM/TDM coexistence interference avoidance

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
АНДРЕЕВ А.В. и др. Применение генетического алгоритма для выбора рабочих частот радиотехнических средств системы управления воздушным движением, Научный вестник МГТУ ГА, т.19, N 05, 2016. АРТЮШЕНКО А. Н. Этапы предлагаемого генетического алгоритма для решения задачи назначения частот радиоэлектронным средствам связи, Научно-технический журнал "Информация и Космос", N 1, 2011. ТЕРЯЕВ Д.В. и др. Способ распределения рабочих частот между радиоэлектронными средствами на оcнове анализа потерь информации, Международный научно-исследовательский журнал, N 11(42), часть 2, декабрь, 2012. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sun et al. A simple differential evolution with time-varying strategy for continuous optimization
CA2436352C (en) Process and system for developing a predictive model
Braga-Neto et al. Is cross-validation better than resubstitution for ranking genes?
US20060010089A1 (en) Hybrid neural network generation system and method
CN112740233A (en) Network quantization method, inference method, and network quantization device
EP0993210A1 (en) Method for designing underlay-overlay networks for mobile wireless communication
CN105744548B (en) PCI optimization method and device
CN111786946B (en) Mimicry cloud service heterogeneous execution body scheduling method and device
Alabau et al. New hybrid genetic algorithms for the frequency assignment problem
RU2780800C1 (en) System for optimising the frequency allocation in a set of compactly arranged diverse radioelectronic tools
RU2780798C1 (en) System for optimising the frequency allocation in a set of compactly arranged diverse radioelectronic tools
RU2780799C1 (en) Method and system for optimising the frequency allocation in a set of compactly arranged diverse radioelectronic tools
EP1508986A1 (en) Method and system for evaluating uplink inter-cell interference
CN110222816B (en) Deep learning model establishing method, image processing method and device
Robert et al. Reinforcement learning approaches and evaluation criteria for opportunistic spectrum access
Kim et al. Deep learning based resource assignment for wireless networks
CN108271178B (en) Physical Cell Identity (PCI) optimization method and device
CN106548301A (en) Power consumer clustering method and device
Sawada et al. Trade-offs in top-k classification accuracies on losses for deep learning
CN110705593B (en) Method and device for training relational network embedded model and determining use probability
CN113747447A (en) Double-action reinforcement learning frequency spectrum access method and system based on priori knowledge
Joo et al. Fuzzy systems modeling: an introduction
Rong et al. ANN feature scaling based k-nearest neighbor algorithm for indoor localization
TWI732350B (en) Resource allocation method and data control center based on genetic algorithm
Varshney et al. Minimum mean Bayes risk error quantization of prior probabilities