基于差分进化算法的多层频率选择表面复合吸波结构及材料的优化设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及吸波材料技术领域，尤其涉及获得具有低反射系数、宽频带、薄厚度的 多层频率选择表面复合吸波结构及材料的优化设计方法。
【背景技术】
[0002] 随着电子技术、军事技术的发展，将频率选择表面引入到多层吸波材料中的设计 可以有效的改善吸波材料的吸收性能，满足对吸波材料宽频带、强吸收的使用需求。合理的 设计方法有助于指导多层频率选择表面复合吸波结构的研宄与开发，这样可以大大的提高 研宄和设计的效率，减少大量的实验摸索，缩短设计周期。
[0003] 目前常用的多层复合吸波结构的设计方法是根据经验逐一调节结构、尺寸及材料 配比，但由于影响吸波性能的变量参数较多且一些参数之间交互作用的影响，仅凭人工调 节很难得到可以满足目标需求的结构，而且对吸波材料的设计也缺乏方向性指导，使得设 计周期长，工作量巨大。
【发明内容】
[0004] 本发明提供一种具有低反射系数、宽频带、薄厚度的多层频率选择表面复合吸波 结构和材料的优化设计方法，该方法利用电磁仿真软件将计算结果直接反馈到主程序中， 极大地方便了迭代优化的进行，进而能够快速的搜索最优模型的结构、材料特征参数组合， 大大的缩短设计周期，并为吸波材料的制作提供方向性指导。
[0005] 基于差分进化算法的多层频率选择表面复合吸波结构及材料的优化设计方法，包 括如下步骤：
[0006] 步骤1 :确定优化复合吸波结构的目标函数及对其产生影响的特征参数变量、边 界条件，采用均匀分布的随机函数对变量参数进行种群初始化；
[0007] 步骤2 :判断变量参数的初始种群是否满足迭代终止条件，如果包含满足迭代终 止条件的个体，则该个体的参数即构成多层复合吸波结构的特征参数。如果不满足迭代终 止条件，则跳转到步骤3 ;
[0008] 步骤3 :产生的交叉个体中结构特征参数直接作为复合结构建模的输入参数，材 料特征参数通过复合吸波材料的混合方法得到的材料电磁参数作为模型中材料的输入参 数；利用电磁仿真软件对复合吸波结构进行建模计算，计算结果反馈到主程序中；
[0009] 步骤4 :判断当前种群是否满足迭代终止条件，如果满足迭代终止条件，迭代终 止。否则，根据电磁仿真软件反馈的计算结果计算目标函数，对交叉种群进行选择操作，适 应度更优的个体作为子代种群。跳转到步骤3,直至得到最优的多层复合吸波模型及模型的 结构特征参数、材料特征参数。
[0010] 优选地，其中步骤1中建立的复合结构模型优化的目标函数为：
[0011] T = CO1TJco2T2
[0012]
【主权项】
1. 基于差分进化算法的多层频率选择表面复合吸波结构及材料的优化设计方法，其特 征在于，包括如下步骤： 步骤1 :确定优化复合吸波结构的目标函数及对其产生影响的结构和材料特征参数变 量、边界条件，根据边界条件对变量参数进行种群初始化； 步骤2 :判断变量参数的初始种群是否满足迭代终止条件，如果包含满足迭代终止条 件的个体，则该个体参数即构成多层复合吸波结构的特征参数；如果不满足迭代终止条件， 则跳转到步骤3 ; 步骤3 :对当前种群进行变异、交叉操作，产生的交叉个体中结构特征参数直接作为复 合结构建模的输入参数，材料特征参数通过复合吸波材料的混合方法得到的材料电磁参数 作为模型中材料的输入参数；利用电磁仿真软件对复合吸波结构进行建模计算，计算结果 反馈到主程序中； 步骤4 :判断当前种群是否满足迭代终止条件，如果满足迭代终止条件，迭代终止；否 贝1J，根据反馈的计算结果对交叉种群进行选择操作，产生子代种群；跳转到步骤3,直至得 到最优的多层复合吸波模型及模型的结构特征参数、材料特征参数。
2. 如权利要求1所述的方法，其中步骤1中建立的优化多层频率选择表面复合吸波结 构的目标函数为： T = O1T^o2T2
其中，T表示目标函数值，ωι、《2表示权重系数，TpT2*别表示复合吸波材料总厚度 的目标控制和反射系数的目标控制；h为多层吸波材料的总厚度，Iltl为厚度允许的最大值， A为离散频点i = 1，2, 3,…；Γ (f D表示:^频点的反射系数；Γ Jfi)表示fj?点反射系 数目标控制值。
3. 如权利要求1所述的方法，其中步骤3中，所述的复合吸波材料的混合方法是利用交 叉个体中的材料特征参数和已知的吸收剂颗粒、基体的电磁参数根据规则求得颗粒、基体 混合后的复合吸波材料的电磁参数；所述的材料特征参数包括吸收剂颗粒和基体的体积分 数；所述的电磁参数包括复介电常数和复磁导率；所述的具体规则描述为，判断吸收剂颗 粒的类型，对于球形颗粒复合体系：
其中，f为颗粒的体积分数，erff、μ eff分别为吸收剂颗粒和基体混合后复合材料的复 介电常数和复磁导率，ε i、￡1]]分别表示吸收剂颗粒和基体的复介电常数，μ i、μπ*别表示 吸收剂颗粒和基体的复磁导率； 对于椭圆球体复合体系：
4. 如权利要求1所述的方法，其中步骤4中，所述的迭代终止条件是指当前迭代次数达 到最大迭代次数或当前种群特征参数满足目标函数，所述满足目标函数即T = 0。
5. -种基于差分进化算法的多层频率选择表面复合吸波结构及材料优化系统，包括： 目标函数生成模块，用于根据目标权重生成复合吸波结构的目标函数，作为优化模型 特征参数的评价标准； 初始种群生成模块，根据待优化模型变量参数的边界条件随机生成初始种群，用于分 配复合模型材料及结构的特征参数，在分配的解集内随机生成若干个模型组合的方案； 复合结构吸波性能计算模块，特征参数作为模型的输入参数，利用电磁仿真软件对复 合结构进行建模计算，反馈的吸波性能计算结果用于对交叉种群进行选择操作； 子代种群生成模块，用于对当前种群按照差分进化算法进行变异、交叉及选择操作，生 成子代种群； 迭代终止条件判断模块，用于判断当前种群是否满足迭代终止条件，若满足迭代终止 条件，则获得最优多层复合吸波结构及材料；当不满足迭代终止条件时，则跳转子代种群生 成模块生成子代种群继续优化。
【专利摘要】本发明公开基于差分进化算法的多层频率选择表面复合吸波结构及材料的优化设计方法。包括：利用差分进化算法对种群变量进行变异、交叉操作；利用电磁仿真软件对复合结构进行建模计算，计算结果反馈到程序中完成选择操作；在变量域中搜索并产生达到目标函数的最优模型及最优结构参数和材料参数。本发明的基于差分进化算法优化设计多层频率选择表面复合吸波结构及材料，不仅能够优化模型的结构参数，而且可以根据原始吸收剂和基底的电磁参数由差分进化算法优化得到最优配比的新材料。本发明具有设计周期短，可快速得到具有低反射系数、宽频带、薄厚度的复合吸波结构及材料的优点。
【IPC分类】G06F17-50, G06N3-12
【公开号】CN104732044
【申请号】CN201510185532
【发明人】王群, 吕志蕊, 唐章宏, 徐欣欣
【申请人】北京工业大学
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年4月18日