基于差分進(jìn)化算法的多層頻率選擇表面復(fù)合吸波結(jié)構(gòu)及材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及吸波材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及獲得具有低反射系數(shù)、寬頻帶、薄厚度的 多層頻率選擇表面復(fù)合吸波結(jié)構(gòu)及材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電子技術(shù)、軍事技術(shù)的發(fā)展，將頻率選擇表面引入到多層吸波材料中的設(shè)計(jì) 可以有效的改善吸波材料的吸收性能，滿足對(duì)吸波材料寬頻帶、強(qiáng)吸收的使用需求。合理的 設(shè)計(jì)方法有助于指導(dǎo)多層頻率選擇表面復(fù)合吸波結(jié)構(gòu)的研宄與開發(fā)，這樣可以大大的提高 研宄和設(shè)計(jì)的效率，減少大量的實(shí)驗(yàn)摸索，縮短設(shè)計(jì)周期。
[0003] 目前常用的多層復(fù)合吸波結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)逐一調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)、尺寸及材料 配比，但由于影響吸波性能的變量參數(shù)較多且一些參數(shù)之間交互作用的影響，僅憑人工調(diào) 節(jié)很難得到可以滿足目標(biāo)需求的結(jié)構(gòu)，而且對(duì)吸波材料的設(shè)計(jì)也缺乏方向性指導(dǎo)，使得設(shè) 計(jì)周期長(zhǎng)，工作量巨大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供一種具有低反射系數(shù)、寬頻帶、薄厚度的多層頻率選擇表面復(fù)合吸波 結(jié)構(gòu)和材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，該方法利用電磁仿真軟件將計(jì)算結(jié)果直接反饋到主程序中， 極大地方便了迭代優(yōu)化的進(jìn)行，進(jìn)而能夠快速的搜索最優(yōu)模型的結(jié)構(gòu)、材料特征參數(shù)組合， 大大的縮短設(shè)計(jì)周期，并為吸波材料的制作提供方向性指導(dǎo)。
[0005] 基于差分進(jìn)化算法的多層頻率選擇表面復(fù)合吸波結(jié)構(gòu)及材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，包 括如下步驟：
[0006] 步驟1 :確定優(yōu)化復(fù)合吸波結(jié)構(gòu)的目標(biāo)函數(shù)及對(duì)其產(chǎn)生影響的特征參數(shù)變量、邊 界條件，采用均勻分布的隨機(jī)函數(shù)對(duì)變量參數(shù)進(jìn)行種群初始化；
[0007] 步驟2 :判斷變量參數(shù)的初始種群是否滿足迭代終止條件，如果包含滿足迭代終 止條件的個(gè)體，則該個(gè)體的參數(shù)即構(gòu)成多層復(fù)合吸波結(jié)構(gòu)的特征參數(shù)。如果不滿足迭代終 止條件，則跳轉(zhuǎn)到步驟3 ;
[0008] 步驟3 :產(chǎn)生的交叉?zhèn)€體中結(jié)構(gòu)特征參數(shù)直接作為復(fù)合結(jié)構(gòu)建模的輸入?yún)?shù)，材 料特征參數(shù)通過復(fù)合吸波材料的混合方法得到的材料電磁參數(shù)作為模型中材料的輸入?yún)?數(shù)；利用電磁仿真軟件對(duì)復(fù)合吸波結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模計(jì)算，計(jì)算結(jié)果反饋到主程序中；
[0009] 步驟4 :判斷當(dāng)前種群是否滿足迭代終止條件，如果滿足迭代終止條件，迭代終 止。否則，根據(jù)電磁仿真軟件反饋的計(jì)算結(jié)果計(jì)算目標(biāo)函數(shù)，對(duì)交叉種群進(jìn)行選擇操作，適 應(yīng)度更優(yōu)的個(gè)體作為子代種群。跳轉(zhuǎn)到步驟3,直至得到最優(yōu)的多層復(fù)合吸波模型及模型的 結(jié)構(gòu)特征參數(shù)、材料特征參數(shù)。
[0010] 優(yōu)選地，其中步驟1中建立的復(fù)合結(jié)構(gòu)模型優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)為：
[0011] T = CO1TJco2T2
[0012]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于差分進(jìn)化算法的多層頻率選擇表面復(fù)合吸波結(jié)構(gòu)及材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特 征在于，包括如下步驟： 步驟1 :確定優(yōu)化復(fù)合吸波結(jié)構(gòu)的目標(biāo)函數(shù)及對(duì)其產(chǎn)生影響的結(jié)構(gòu)和材料特征參數(shù)變 量、邊界條件，根據(jù)邊界條件對(duì)變量參數(shù)進(jìn)行種群初始化； 步驟2 :判斷變量參數(shù)的初始種群是否滿足迭代終止條件，如果包含滿足迭代終止條 件的個(gè)體，則該個(gè)體參數(shù)即構(gòu)成多層復(fù)合吸波結(jié)構(gòu)的特征參數(shù)；如果不滿足迭代終止條件， 則跳轉(zhuǎn)到步驟3 ; 步驟3 :對(duì)當(dāng)前種群進(jìn)行變異、交叉操作，產(chǎn)生的交叉?zhèn)€體中結(jié)構(gòu)特征參數(shù)直接作為復(fù) 合結(jié)構(gòu)建模的輸入?yún)?shù)，材料特征參數(shù)通過復(fù)合吸波材料的混合方法得到的材料電磁參數(shù) 作為模型中材料的輸入?yún)?shù)；利用電磁仿真軟件對(duì)復(fù)合吸波結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模計(jì)算，計(jì)算結(jié)果 反饋到主程序中； 步驟4 :判斷當(dāng)前種群是否滿足迭代終止條件，如果滿足迭代終止條件，迭代終止；否 貝1J，根據(jù)反饋的計(jì)算結(jié)果對(duì)交叉種群進(jìn)行選擇操作，產(chǎn)生子代種群；跳轉(zhuǎn)到步驟3,直至得 到最優(yōu)的多層復(fù)合吸波模型及模型的結(jié)構(gòu)特征參數(shù)、材料特征參數(shù)。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟1中建立的優(yōu)化多層頻率選擇表面復(fù)合吸波結(jié) 構(gòu)的目標(biāo)函數(shù)為： T = O1T^o2T2
其中，T表示目標(biāo)函數(shù)值，ωι、《2表示權(quán)重系數(shù)，TpT2*別表示復(fù)合吸波材料總厚度 的目標(biāo)控制和反射系數(shù)的目標(biāo)控制；h為多層吸波材料的總厚度，Iltl為厚度允許的最大值， A為離散頻點(diǎn)i = 1，2, 3,…；Γ (f D表示:^頻點(diǎn)的反射系數(shù)；Γ Jfi)表示fj?點(diǎn)反射系 數(shù)目標(biāo)控制值。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟3中，所述的復(fù)合吸波材料的混合方法是利用交 叉?zhèn)€體中的材料特征參數(shù)和已知的吸收劑顆粒、基體的電磁參數(shù)根據(jù)規(guī)則求得顆粒、基體 混合后的復(fù)合吸波材料的電磁參數(shù)；所述的材料特征參數(shù)包括吸收劑顆粒和基體的體積分 數(shù)；所述的電磁參數(shù)包括復(fù)介電常數(shù)和復(fù)磁導(dǎo)率；所述的具體規(guī)則描述為，判斷吸收劑顆 粒的類型，對(duì)于球形顆粒復(fù)合體系：
其中，f為顆粒的體積分?jǐn)?shù)，erff、μ eff分別為吸收劑顆粒和基體混合后復(fù)合材料的復(fù) 介電常數(shù)和復(fù)磁導(dǎo)率，ε i、￡1]]分別表示吸收劑顆粒和基體的復(fù)介電常數(shù)，μ i、μπ*別表示 吸收劑顆粒和基體的復(fù)磁導(dǎo)率； 對(duì)于橢圓球體復(fù)合體系：
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟4中，所述的迭代終止條件是指當(dāng)前迭代次數(shù)達(dá) 到最大迭代次數(shù)或當(dāng)前種群特征參數(shù)滿足目標(biāo)函數(shù)，所述滿足目標(biāo)函數(shù)即T = 0。
5. -種基于差分進(jìn)化算法的多層頻率選擇表面復(fù)合吸波結(jié)構(gòu)及材料優(yōu)化系統(tǒng)，包括： 目標(biāo)函數(shù)生成模塊，用于根據(jù)目標(biāo)權(quán)重生成復(fù)合吸波結(jié)構(gòu)的目標(biāo)函數(shù)，作為優(yōu)化模型 特征參數(shù)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)； 初始種群生成模塊，根據(jù)待優(yōu)化模型變量參數(shù)的邊界條件隨機(jī)生成初始種群，用于分 配復(fù)合模型材料及結(jié)構(gòu)的特征參數(shù)，在分配的解集內(nèi)隨機(jī)生成若干個(gè)模型組合的方案； 復(fù)合結(jié)構(gòu)吸波性能計(jì)算模塊，特征參數(shù)作為模型的輸入?yún)?shù)，利用電磁仿真軟件對(duì)復(fù) 合結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模計(jì)算，反饋的吸波性能計(jì)算結(jié)果用于對(duì)交叉種群進(jìn)行選擇操作； 子代種群生成模塊，用于對(duì)當(dāng)前種群按照差分進(jìn)化算法進(jìn)行變異、交叉及選擇操作，生 成子代種群； 迭代終止條件判斷模塊，用于判斷當(dāng)前種群是否滿足迭代終止條件，若滿足迭代終止 條件，則獲得最優(yōu)多層復(fù)合吸波結(jié)構(gòu)及材料；當(dāng)不滿足迭代終止條件時(shí)，則跳轉(zhuǎn)子代種群生 成模塊生成子代種群繼續(xù)優(yōu)化。
【專利摘要】本發(fā)明公開基于差分進(jìn)化算法的多層頻率選擇表面復(fù)合吸波結(jié)構(gòu)及材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。包括：利用差分進(jìn)化算法對(duì)種群變量進(jìn)行變異、交叉操作；利用電磁仿真軟件對(duì)復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模計(jì)算，計(jì)算結(jié)果反饋到程序中完成選擇操作；在變量域中搜索并產(chǎn)生達(dá)到目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)模型及最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)和材料參數(shù)。本發(fā)明的基于差分進(jìn)化算法優(yōu)化設(shè)計(jì)多層頻率選擇表面復(fù)合吸波結(jié)構(gòu)及材料，不僅能夠優(yōu)化模型的結(jié)構(gòu)參數(shù)，而且可以根據(jù)原始吸收劑和基底的電磁參數(shù)由差分進(jìn)化算法優(yōu)化得到最優(yōu)配比的新材料。本發(fā)明具有設(shè)計(jì)周期短，可快速得到具有低反射系數(shù)、寬頻帶、薄厚度的復(fù)合吸波結(jié)構(gòu)及材料的優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】G06F17-50, G06N3-12
【公開號(hào)】CN104732044
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510185532
【發(fā)明人】王群, 呂志蕊, 唐章宏, 徐欣欣
【申請(qǐng)人】北京工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年6月24日
【申請(qǐng)日】2015年4月18日