基于差分進化算法的多層頻率選擇表面復合吸波結構及材料的優(yōu)化設計方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及吸波材料技術領域，尤其涉及獲得具有低反射系數、寬頻帶、薄厚度的 多層頻率選擇表面復合吸波結構及材料的優(yōu)化設計方法。
【背景技術】
[0002] 隨著電子技術、軍事技術的發(fā)展，將頻率選擇表面引入到多層吸波材料中的設計 可以有效的改善吸波材料的吸收性能，滿足對吸波材料寬頻帶、強吸收的使用需求。合理的 設計方法有助于指導多層頻率選擇表面復合吸波結構的研宄與開發(fā)，這樣可以大大的提高 研宄和設計的效率，減少大量的實驗摸索，縮短設計周期。
[0003] 目前常用的多層復合吸波結構的設計方法是根據經驗逐一調節(jié)結構、尺寸及材料 配比，但由于影響吸波性能的變量參數較多且一些參數之間交互作用的影響，僅憑人工調 節(jié)很難得到可以滿足目標需求的結構，而且對吸波材料的設計也缺乏方向性指導，使得設 計周期長，工作量巨大。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明提供一種具有低反射系數、寬頻帶、薄厚度的多層頻率選擇表面復合吸波 結構和材料的優(yōu)化設計方法，該方法利用電磁仿真軟件將計算結果直接反饋到主程序中， 極大地方便了迭代優(yōu)化的進行，進而能夠快速的搜索最優(yōu)模型的結構、材料特征參數組合， 大大的縮短設計周期，并為吸波材料的制作提供方向性指導。
[0005] 基于差分進化算法的多層頻率選擇表面復合吸波結構及材料的優(yōu)化設計方法，包 括如下步驟：
[0006] 步驟1 :確定優(yōu)化復合吸波結構的目標函數及對其產生影響的特征參數變量、邊 界條件，采用均勻分布的隨機函數對變量參數進行種群初始化；
[0007] 步驟2 :判斷變量參數的初始種群是否滿足迭代終止條件，如果包含滿足迭代終 止條件的個體，則該個體的參數即構成多層復合吸波結構的特征參數。如果不滿足迭代終 止條件，則跳轉到步驟3 ;
[0008] 步驟3 :產生的交叉?zhèn)€體中結構特征參數直接作為復合結構建模的輸入參數，材 料特征參數通過復合吸波材料的混合方法得到的材料電磁參數作為模型中材料的輸入參 數；利用電磁仿真軟件對復合吸波結構進行建模計算，計算結果反饋到主程序中；
[0009] 步驟4 :判斷當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，根據電磁仿真軟件反饋的計算結果計算目標函數，對交叉種群進行選擇操作，適 應度更優(yōu)的個體作為子代種群。跳轉到步驟3,直至得到最優(yōu)的多層復合吸波模型及模型的 結構特征參數、材料特征參數。
[0010] 優(yōu)選地，其中步驟1中建立的復合結構模型優(yōu)化的目標函數為：
[0011] T = CO1TJco2T2
[0012]
【主權項】
1. 基于差分進化算法的多層頻率選擇表面復合吸波結構及材料的優(yōu)化設計方法，其特 征在于，包括如下步驟： 步驟1 :確定優(yōu)化復合吸波結構的目標函數及對其產生影響的結構和材料特征參數變 量、邊界條件，根據邊界條件對變量參數進行種群初始化； 步驟2 :判斷變量參數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 件的個體，則該個體參數即構成多層復合吸波結構的特征參數；如果不滿足迭代終止條件， 則跳轉到步驟3 ; 步驟3 :對當前種群進行變異、交叉操作，產生的交叉?zhèn)€體中結構特征參數直接作為復 合結構建模的輸入參數，材料特征參數通過復合吸波材料的混合方法得到的材料電磁參數 作為模型中材料的輸入參數；利用電磁仿真軟件對復合吸波結構進行建模計算，計算結果 反饋到主程序中； 步驟4 :判斷當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，根據反饋的計算結果對交叉種群進行選擇操作，產生子代種群；跳轉到步驟3,直至得 到最優(yōu)的多層復合吸波模型及模型的結構特征參數、材料特征參數。
2. 如權利要求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合吸波結 構的目標函數為： T = O1T^o2T2
其中，T表示目標函數值，ωι、《2表示權重系數，TpT2*別表示復合吸波材料總厚度 的目標控制和反射系數的目標控制；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i = 1，2, 3,…；Γ (f D表示:^頻點的反射系數；Γ Jfi)表示fj?點反射系 數目標控制值。
3. 如權利要求1所述的方法，其中步驟3中，所述的復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和已知的吸收劑顆粒、基體的電磁參數根據規(guī)則求得顆粒、基體 混合后的復合吸波材料的電磁參數；所述的材料特征參數包括吸收劑顆粒和基體的體積分 數；所述的電磁參數包括復介電常數和復磁導率；所述的具體規(guī)則描述為，判斷吸收劑顆 粒的類型，對于球形顆粒復合體系：
其中，f為顆粒的體積分數，erff、μ eff分別為吸收劑顆粒和基體混合后復合材料的復 介電常數和復磁導率，ε i、￡1]]分別表示吸收劑顆粒和基體的復介電常數，μ i、μπ*別表示 吸收劑顆粒和基體的復磁導率； 對于橢圓球體復合體系：
4. 如權利要求1所述的方法，其中步驟4中，所述的迭代終止條件是指當前迭代次數達 到最大迭代次數或當前種群特征參數滿足目標函數，所述滿足目標函數即T = 0。
5. -種基于差分進化算法的多層頻率選擇表面復合吸波結構及材料優(yōu)化系統(tǒng)，包括： 目標函數生成模塊，用于根據目標權重生成復合吸波結構的目標函數，作為優(yōu)化模型 特征參數的評價標準； 初始種群生成模塊，根據待優(yōu)化模型變量參數的邊界條件隨機生成初始種群，用于分 配復合模型材料及結構的特征參數，在分配的解集內隨機生成若干個模型組合的方案； 復合結構吸波性能計算模塊，特征參數作為模型的輸入參數，利用電磁仿真軟件對復 合結構進行建模計算，反饋的吸波性能計算結果用于對交叉種群進行選擇操作； 子代種群生成模塊，用于對當前種群按照差分進化算法進行變異、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)多層復合吸波結構及材料；當不滿足迭代終止條件時，則跳轉子代種群生 成模塊生成子代種群繼續(xù)優(yōu)化。
【專利摘要】本發(fā)明公開基于差分進化算法的多層頻率選擇表面復合吸波結構及材料的優(yōu)化設計方法。包括：利用差分進化算法對種群變量進行變異、交叉操作；利用電磁仿真軟件對復合結構進行建模計算，計算結果反饋到程序中完成選擇操作；在變量域中搜索并產生達到目標函數的最優(yōu)模型及最優(yōu)結構參數和材料參數。本發(fā)明的基于差分進化算法優(yōu)化設計多層頻率選擇表面復合吸波結構及材料，不僅能夠優(yōu)化模型的結構參數，而且可以根據原始吸收劑和基底的電磁參數由差分進化算法優(yōu)化得到最優(yōu)配比的新材料。本發(fā)明具有設計周期短，可快速得到具有低反射系數、寬頻帶、薄厚度的復合吸波結構及材料的優(yōu)點。
【IPC分類】G06F17-50, G06N3-12
【公開號】CN104732044
【申請?zhí)枴緾N201510185532
【發(fā)明人】王群, 呂志蕊, 唐章宏, 徐欣欣
【申請人】北京工業(yè)大學
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年4月18日