专利名称：获得人工电磁材料结构单元电磁特性曲线的方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及超材料技术领域，特别是涉及获得人工电磁材料结构单元电磁特性曲线的方法及其装置。
背景技术：
针对人工电磁材料结构单元电磁特性的数学描述是人工电磁材料自动化设计过程中不可或缺的ー个重要环节，其中ー种数学描述方法是采用形成响应曲线的方式来实现。上述采用形成响应曲线的数学描述方法，通常先对响应曲线进行分段，用M来表示分的段数；然后逐段利用三次样条模型来拟合，分段效果示意图如图I所示，对所考虑的频率段(横轴)划分了 7等分L1-L7，即M = 7。这种简单分段的方法很难确定恰当的分段段数M，而且对于某一局部段，如图I中的L5，较难找到恰当的三次样条模型来进行拟合。如前所述，目前对人工电磁材料的研究和设计尚停留在凭经验手工调节和设计的阶段，缺乏标准化的电磁特性数学描述方法，阻碍了人工电磁材料的大規模设计和产业化应用。针对人工电磁材料结构单元电磁特性的标准化数学描述方案是目前国际上ー个亟需解决的难题。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供获得人工电磁材料结构单元电磁特性曲线的方法及其装置，能够对人工电磁材料结构单元电磁响应曲线进行较好的拟合。为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是提供一种获得人工电磁材料结构单元电磁特性曲线的方法，包括输入电磁响应数据；生成所述电磁响应数据的电磁响应曲线；分别对所述电磁响应曲线中的谐振区域和谐振区域之外的其余区域进行拟合，得到分别对应谐振区域的曲线和其余区域的曲线；结合所述拟合得到的谐振区域的曲线和其余区域的曲线，进而得到人工电磁材料结构单元电磁特性曲线。其中，所述生成电磁响应数据的电磁响应曲线的步骤之后包括对所述电磁响应数据的电磁响应曲线进行平滑处理，得到平滑处理后的电磁响应曲线。其中，所述分别对电磁响应曲线中的谐振区域和谐振区域之外的其余区域进行拟合，得到分别对应谐振区域的曲线和其余区域的曲线的步骤包括采用洛仑兹模型和贝叶斯回归模型分别对电磁响应曲线中的谐振区域和谐振区域之外的其余区域进行拟合，得到分别对应谐振区域的曲线和其余区域的曲线。其中，所述采用洛仑兹模型和贝叶斯回归模型分别对电磁响应曲线中的谐振区域和谐振区域之外的其余区域进行拟合，得到分别对应谐振区域的曲线和其余区域的曲线的 步骤包括构建马尔可夫链，使所述马尔可夫链包含所述贝叶斯回归模型的超參数O ;采用洛仑兹模型对所述电磁响应曲线的谐振区域进行拟合，得到初始的电磁响应曲线谐振区域的洛仑兹模型的拟合結果；用所述电磁响应曲线的真实分布值减去所述电磁响应曲线谐振区域的洛仑兹模型的拟合结果，得到电磁响应曲线中的谐振区域之外的其余区域，即为洛仑兹模型的残差，采用贝叶斯回归模型对所述洛仑兹模型的残差进行拟合，得到第n次的电磁响应曲线中的谐振区域之外的其余区域的贝叶斯回归模型的拟合结果，其中，n是自然数，从I开始；用所述电磁响应曲线的真实分布值减去所述第n次的电磁响应曲线中的谐振区域之外的其余区域的贝叶斯回归模型的拟合结果，得到电磁响应曲线的谐振区域，即为贝叶斯回归模型的残差，采用洛仑兹模型对所述贝叶斯回归模型的残差进行拟合，得到第n次的电磁响应曲线的谐振区域的洛仑兹模型的拟合结果；在采用所述洛仑兹模型对所述贝叶斯回归模型的残差进行拟合后判断所述马尔可夫链是否稳定；若所述马尔可夫链稳定，则所述第n次的洛仑兹模型的拟合结果和第n次的贝叶斯回归模型的拟合结果分别为对应的电磁响应曲线中的谐振区域的曲线和谐振区域之外的其余区域的曲线，若所述马尔可夫链不稳定，则返回用所述电磁响应曲线的真实分布值减去所述电磁响应曲线谐振区域的洛仑兹模型的拟合结果以及采用贝叶斯回归模型对所述洛仑兹模型的残差进行拟合而得到第n次的电磁响应曲线中的谐振区域之外的其余区域的贝叶斯回归模型的拟合结果的步骤进行循环，直到所述马尔可夫链稳定。其中，所述贝叶斯回归模型的超參数O是通过Metropolis-Hastings方法得到 的。其中，所述贝叶斯回归模型的超參数O通过Metropolis-Hastings方法得到的步骤包括对超參数进行初始化，得到初始化的超參数O ^ ;根据所述超參数O C1，计算电磁响应曲线的边缘相似概率值，所述计算出的电磁响应曲线的边缘相似概率值即为超參数
O^的似然值P(y|X，Oふ其中，所述电磁响应曲线的边缘相似概率值等于电磁响应曲线每个数据点的高斯似然值的和，根据所述超參数O C1，计算电磁响应曲线的高斯參数的先验概率，所述计算出的电磁响应曲线的高斯參数的先验概率即为高斯过程模型的參数的先验概率P(Otl);将所述超參数。。的似然值以及高斯过程模型的參数的先验概率相乘，得到根据所述超參数O ^所获得的高斯过程模型的參数的后验概率p (0 JhX) p(y|X，O0)p(o0);用随机行走方法产生新的超參数O，根据所述超參数。，返回所述计算超參数的似然值以及计算高斯过程模型的參数的先验概率的步骤，将所述计算出的超參数O的似然值以及高斯过程模型的參数的先验概率相乘，得到根据所述超參数O所获得的高斯过程模型的參数的后验概率P ( O |y, X) p(y|x, o)p(o);用所述Metropolis-Hastings方法比较根据所述超參数0所获得的高斯过程模型的參数的后验概率以及根据所述超參数
所获得的高斯过程模型的參数的后验概率，根据所述比较结果，判断是否保留所述超參数0 ;若判断为不保留所述超參数0，则使超參数％等于超參数0，并返回所述用随机行走方法产生新的超參数0的步骤进行循环，直到判断保留所述超參数0。其中，所述采用贝叶斯回归模型对所述洛仑兹模型的残差进行拟合，得到第n次的电磁响应曲线中的谐振区域之外的其余区域的贝叶斯回归模型的拟合结果的步骤包括根据所述保留的超參数0，计算贝叶斯回归模型权重的后验神，めメ=g广)p (w 11，0 2) = N ( U，var)，其中，所述中值估计U与方差var分别是
权利要求
1.一种获得人工电磁材料结构单元电磁特性曲线的方法，其特征在于，包括 输入电磁响应数据； 生成所述电磁响应数据的电磁响应曲线； 分别对所述电磁响应曲线中的谐振区域和谐振区域之外的其余区域进行拟合，得到分别对应谐振区域的曲线和其余区域的曲线； 结合所述拟合得到的谐振区域的曲线和其余区域的曲线，进而得到人工电磁材料结构単元电磁特性曲线。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述生成电磁响应数据的电磁响应曲线的步骤之后包括对所述电磁响应数据的电磁响应曲线进行平滑处理，得到平滑处理后的电磁响应曲线。
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述分别对电磁响应曲线中的谐振区域和谐振区域之外的其余区域进行拟合，得到分别对应谐振区域的曲线和其余区域的曲线的步骤包括采用洛仑兹模型和贝叶斯回归模型分别对电磁响应曲线中的谐振区域和谐振区域之外的其余区域进行拟合，得到分别对应谐振区域的曲线和其余区域的曲线。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述采用洛仑兹模型和贝叶斯回归模型分别对电磁响应曲线中的谐振区域和谐振区域之外的其余区域进行拟合，得到分别对应谐振区域的曲线和其余区域的曲线的步骤包括 构建马尔可夫链，使所述马尔可夫链包含所述贝叶斯回归模型的超參数O ; 采用洛仑兹模型对所述电磁响应曲线的谐振区域进行拟合，得到初始的电磁响应曲线谐振区域的洛仑兹模型的拟合结果； 用所述电磁响应曲线的真实分布值减去所述电磁响应曲线谐振区域的洛仑兹模型的拟合结果，得到电磁响应曲线中的谐振区域之外的其余区域，即为洛仑兹模型的残差，采用贝叶斯回归模型对所述洛仑兹模型的残差进行拟合，得到第n次的电磁响应曲线中的谐振区域之外的其余区域的贝叶斯回归模型的拟合结果，其中，n是自然数，从I开始； 用所述电磁响应曲线的真实分布值减去所述第n次的电磁响应曲线中的谐振区域之外的其余区域的贝叶斯回归模型的拟合结果，得到电磁响应曲线的谐振区域，即为贝叶斯回归模型的残差，采用洛仑兹模型对所述贝叶斯回归模型的残差进行拟合，得到第n次的电磁响应曲线的谐振区域的洛仑兹模型的拟合结果； 在采用所述洛仑兹模型对所述贝叶斯回归模型的残差进行拟合后判断所述马尔可夫链是否稳定； 若所述马尔可夫链稳定，则所述第n次的洛仑兹模型的拟合结果和第n次的贝叶斯回归模型的拟合结果分别为对应的电磁响应曲线中的谐振区域的曲线和谐振区域之外的其余区域的曲线，若所述马尔可夫链不稳定，则返回用所述电磁响应曲线的真实分布值减去所述电磁响应曲线谐振区域的洛仑兹模型的拟合结果以及采用贝叶斯回归模型对所述洛仑兹模型的残差进行拟合而得到第n次的电磁响应曲线中的谐振区域之外的其余区域的贝叶斯回归模型的拟合结果的步骤进行循环，直到所述马尔可夫链稳定。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述贝叶斯回归模型的超參数0是通过Metropolis-Hastings 方法得到的。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述贝叶斯回归模型的超參数0通过Metropolis-Hastings方法得到的步骤包括 对超參数进行初始化，得到初始化的超參数0 ^ ; 根据所述超參数0 0,计算电磁响应曲线的边缘相似概率值,所述计算出的电磁响应曲线的边缘相似概率值即为超參数oj勺似然值p(y |X，oふ其中，所述电磁响应曲线的边缘相似概率值等于电磁响应曲线每个数据点的高斯似然值的和， 根据所述超參数0 0,计算电磁响应曲线的高斯參数的先验概率,所述计算出的电磁响应曲线的高斯參数的先验概率即为高斯过程模型的參数的先验概率P(Otl); 将所述超參数O^的似然值以及高斯过程模型的參数的先验概率相乘，得到根据所述超參数O ^所获得的高斯过程模型的參数的后验概率p (0 Jy’x) p(y|X，O0)p(o0)；用随机行走方法产生新的超參数O，根据所述超參数O，返回所述计算超參数的似然值以及计算高斯过程模型的參数的先验概率的步骤，将所述计算出的超參数O的似然值以及高斯过程模型的參数的先验概率相乘，得到根据所述超參数O所获得的高斯过程模型的參数的后验概率p( O |y，X) p(y |x, O )p( O )； 用所述Metropolis-Hastings方法比较根据所述超參数o所获得的高斯过程模型的參数的后验概率以及根据所述超參数O ^所获得的高斯过程模型的參数的后验概率，根据所述比较结果，判断是否保留所述超參数O ; 若判断为不保留所述超參数O，则使超參数％等于超參数0，并返回所述用随机行走方法产生新的超參数O的步骤进行循环，直到判断保留所述超參数0。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述采用贝叶斯回归模型对所述洛仑兹模型的残差进行拟合，得到第n次的电磁响应曲线中的谐振区域之外的其余区域的贝叶斯回归模型的拟合结果的步骤包括 根据所述保留的超參数O，计算贝叶斯回归模型权重的后验 p(W\W) = mW^\p{w) 则び2) p (w 11, O2) = N( u , var), 其中，所述中值估计U与方差var分别是 U = ((J)T (J) +O 2I) (J) Tt var = o 2(<J)T(J) + o 2I)-1, 其中，ct是二次多项式基方程，t是样本值，O是超參数，代表噪声方差；根据所述贝叶斯回归模型权重的后验、中值估计U以及方差var，计算新的样本值的p(t」t，O2)、中值估计U *以及方差var* p(t*|t, o2) = f p (t*| w, o 2) Idwvar* =Cr2 +￠1 var^4 ； 根据所述中值估计U *和方差var*，获得所述对洛仑兹模型的残差的贝叶斯回归模型的拟合結果。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述结合拟合得到的谐振区域的曲线和其余区域的曲线，进而得到人工电磁材料结构单元电磁特性曲线的步骤包括将所述马尔可夫链稳定后第n次的洛仑兹模型的拟合结果加上第n次的贝叶斯回归模型的拟合結果，得到拟合得到的谐振区域的曲线加上其余区域的曲线，所述拟合得到的谐振区域的曲线加上其余区域的曲线即为人工电磁材料结构单元电磁特性曲线。
9.一种获得人工电磁材料结构单元电磁特性曲线的装置，其特征在于，所述装置包括 输入模块，用于输入电磁响应数据； 生成模块，用于生成所述电磁响应数据的电磁响应曲线； 拟合模块，用于分别对所述电磁响应曲线中的谐振区域和谐振区域之外的其余区域进行拟合，得到分别对应谐振区域的曲线和其余区域的曲线； 电磁特性曲线获得模块，用于结合所述拟合得到的谐振区域的曲线和其余区域的曲线，进而得到人工电磁材料结构单元电磁特性曲线。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述拟合模块具体用于采用洛仑兹模型和贝叶斯回归模型分别对电磁响应曲线中的谐振区域和谐振区域之外的其余区域进行拟合，得到分别对应谐振区域的曲线和其余区域的曲线。
全文摘要
本发明公开了一种获得人工电磁材料结构单元电磁特性曲线的方法及其装置，所述方法包括输入电磁响应数据；生成所述电磁响应数据的电磁响应曲线；分别对所述电磁响应曲线中的谐振区域和谐振区域之外的其余区域进行拟合，得到分别对应谐振区域的曲线和其余区域的曲线；结合所述拟合得到的谐振区域的曲线和其余区域的曲线，进而得到人工电磁材料结构单元电磁特性曲线。通过上述方式，本发明能够对人工电磁材料结构单元电磁响应曲线进行较好的拟合。
文档编号G06F17/50GK102654889SQ201210112739
公开日2012年9月5日 申请日期2012年4月17日 优先权日2012年4月17日
发明者刘斌, 刘若鹏, 季春霖, 王睿 申请人:深圳光启创新技术有限公司