一种基于遗传算法的吸波复合材料的设计方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于遗传算法的吸波复合材料的设计方法及装置，其中方法包括：基于多个不同类型的吸波材料，随机编码得到若干个遗传个体，形成初始种群；计算种群中每一个遗传个体的反射率；评估每一个遗传个体的适应度；根据编码对应数据变量的位数和当前种群进化代数，计算每一个遗传个体的变异率；保留适应度最小的遗传个体，利用变异率对其他遗传个体进行交叉和变异，得到新一代种群，并对新一代种群跳转执行计算种群中每一个遗传个体的反射率，直至满足遗传算法的终止条件，以得到的新一代的种群中的遗传个体形成吸波复合材料。本方案，能够在保证前期快速收敛的前提下，逐渐增大变异率以加快优化速度，实现遗传算法的快速收敛和快速优化。的快速收敛和快速优化。的快速收敛和快速优化。

【技术实现步骤摘要】
一种基于遗传算法的吸波复合材料的设计方法及装置


[0001]本专利技术实施例涉及遗传算法
，特别涉及一种基于遗传算法的复合材料的设计方法及装置。

技术介绍

[0002]反射率是物体反射的辐射能量占总辐射能量的百分比。在实际应用中，由于使用需求不同，需要复合材料在不同波段取得不同的目标反射率。通过设计多层吸波材料可以在厚度不变乃至更薄的情况下设计出在不同波段具有不同反射率的吸波复合材料。
[0003]现有技术中，基于遗传算法(GA)的迭代优化计算模型虽然已经被用于吸波复合材料的性能计算领域，但是其计算过程中仍然面临难收敛或后期优化慢的缺点。因此，需要研究一种基于遗传算法的吸波复合材料的设计方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例提供了一种基于遗传算法的吸波材料的设计方法和装置，该设计方法能够保证前期快速收敛的前提下，逐渐增大变异率以加快优化速度，从而解决了现有技术中遗传算法的计算过程中存在的难收敛和后期优化慢的问题。
[0005]第一方面，本专利技术实施例一种基于遗传算法的吸波复合材料的设计方法，包括：
[0006]基于可用于形成吸波复合材料的多个不同类型的吸波材料，随机编码得到若干个遗传个体，该若干个遗传个体形成初始种群；
[0007]计算种群中每一个遗传个体的反射率；
[0008]根据每一个遗传个体的反射率以及形成吸波复合材料所需的目标反射率，评估每一个遗传个体的适应度；
[0009]根据所述编码对应数据变量的位数和当前的种群进化代数，计算每一个遗传个体的变异率；
[0010]保留适应度最小的遗传个体，并利用所述变异率对其他遗传个体进行交叉和变异，得到新一代的种群，并针对该新一代的种群跳转执行所述计算种群中每一个遗传个体的反射率，直至满足遗传算法的终止条件，根据当前得到的新一代的种群中的遗传个体形成吸波复合材料。
[0011]优选的，所述类型为材料种类、材料厚度和位于吸波复合材料中的层数的组合。
[0012]优选的，产生所述初始化种群之后，还包括：对所述初始化种群中的遗传个体进行解码，得到每一层材料所对应的材料种类和厚度，并确定其对应的介电常数和磁导率，以利用所述介电常数和磁导率执行所述计算种群中每一个遗传个体的反射率。
[0013]优选的，所述计算种群中每一个遗传个体的反射率通过吸波材料的反射率公式计算得到；
[0014]所述吸波材料的反射率公式为：
[0015][0016]其中，R为反射率，z
i(n)
为n层吸波材料的输入阻抗，z0为真空阻抗，γ
n
为第n层材料的复传播因子，d
n
为第n层材料厚度，μ
n
为第n层材料的相对复磁导率，ε
n
相对介电常数，c为真空中的光速，j为虚数，f为频率，n为吸波材料的层数，n≥1。
[0017]优选的，所述根据每一个遗传个体的反射率以及形成吸波复合材料所需的目标反射率，评估每一个遗传个体的适应度，包括：
[0018]首先通过如下公式计算每一个遗传个体在目标频点的反射率；
[0019]当对应频点欲实现的反射率等于目标反射率时，利用如下公式计算每一个遗传个体的在目标频点的反射率：
[0020]B＝w|R
(fi)
‑
T|
[0021]当对应频点欲实现的反射率小于目标反射率时，利用如下公式计算每一个遗传个体的在目标频点的反射率：
[0022][0023]当对应频点欲实现的反射率大于所需的目标反射率时，利用如下公式计算每一个遗传个体的在目标频点的反射率：
[0024][0025]通过如下公式评估每一个遗传个体的适应度：
[0026][0027]其中，F为适应度值，R
(fi)
为第i个个体的反射率，T为设置的目标反射率，w为对应频点的权重。
[0028]优选的，所述根据所述编码对应数据变量的位数和当前的种群进化代数，计算每一个遗传个体的变异率，包括：
[0029]变异率具体通过如下公式进行确定：
[0030][0031]其中，P
m
为二进制下数据变量的每位的变异率，须大于0且小于等于1，L
d
为吸波材料二进制编码下每个数据变量的位数，k种群进化代数，i为自定义系数，须大于0。
[0032]第二方面，本专利技术实施例还提供了一种基于遗传算法的吸波复合材料的设计装置，包括：
[0033]编码模块，用于基于可用于形成吸波复合材料的多个不同类型的吸波材料，随机编码得到若干个遗传个体，该若干个遗传个体形成初始种群；；
[0034]第一计算模块，计算种群中每一个遗传个体的反射率；
[0035]评估模块，用于根据每一个遗传个体的反射率以及形成吸波复合材料所需的目标反射率，评估每一个遗传个体的适应度；
[0036]第二计算模块，用于根据所述编码对应数据变量的位数和当前的种群进化代数，计算每一个遗传个体的变异率；
[0037]遗传算法模块，用于保留适应度最小的遗传个体并利用所述变异率对其他遗传个体进行交叉和变异，得到新一代的种群，并针对该新一代的种群跳转执行所述计算种群中每一个遗传个体的反射率，直至满足遗传算法的终止条件，根据当前得到的新一代的种群中的遗传个体形成吸波复合材料。
[0038]第三方面，本专利技术实施例还提供了一种计算设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现本说明书任一实施例所述的方法。
[0039]第四方面，本专利技术实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机中执行时，令计算机执行本说明书任一实施例所述的方法。
[0040]本专利技术与现有技术相比至少具有以下有益效果：
[0041]本专利技术将遗传算法优化设计的思想与吸波材料的设计相结合，首先通过计算初始化种群中每一个遗传个体的反射率，根据每一个遗传个体的反射率和吸波复合材料所需的目标反射率，评估每一个遗传个体的适应度，然后根据编码对应数据变量的位数和当前的种群进化代数，计算每一个遗传个体的变异率，之后将适应度最小的遗传个体按照上述变异率进行遗传操作，在多次进化代数中不断搜索，并持续保留适应度最小的遗传个体，直至满足遗传算法的终止条件后，输出保留的最优结果作为设计结果，进而得到优化后的吸波复合材料。
[0042]本专利技术中，根据吸波复合材料中数据变量和种群进化代数确定选择后个体的变异率，使得变异率随吸波复合材料的编码对应数据变量的位数和种群进化代数的变化而变化，从而在保证遗传算法前期快速收敛的前提下，逐渐增大变异率以加快优化速度，进而解决了现有技术中的遗传算法计算过程中存在的难收敛或后期优化速度慢的问题。
附图说明
[0043]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于遗传算法的吸波复合材料的设计方法，其特征在于，包括：基于可用于形成吸波复合材料的多个不同类型的吸波材料，随机编码得到若干个遗传个体，该若干个遗传个体形成初始种群；计算种群中每一个遗传个体的反射率；根据每一个遗传个体的反射率以及形成吸波复合材料所需的目标反射率，评估每一个遗传个体的适应度；根据所述编码对应数据变量的位数和当前的种群进化代数，计算每一个遗传个体的变异率；保留适应度最小的遗传个体，并利用所述变异率对其他遗传个体进行交叉和变异，得到新一代的种群，并针对该新一代的种群跳转执行所述计算种群中每一个遗传个体的反射率，直至满足遗传算法的终止条件，根据当前得到的新一代的种群中的遗传个体形成吸波复合材料。2.根据权利要求1所述的基于遗传算法的吸波复合材料的设计方法，其特征在于，所述类型为材料种类、材料厚度和位于吸波复合材料中的层数的组合。3.根据权利要求2所述的基于遗传算法的吸波复合材料的设计方法，其特征在于，产生所述初始化种群之后，还包括：对所述初始化种群中的遗传个体进行解码，得到每一层材料所对应的材料种类和厚度，并确定其对应的介电常数和磁导率，以利用所述介电常数和磁导率执行所述计算种群中每一个遗传个体的反射率。4.根据权利要求1所述的基于遗传算法的吸波复合材料的设计方法，其特征在于，所述计算种群中每一个遗传个体的反射率通过吸波材料的反射率公式计算得到；所述吸波材料的反射率公式为：所述吸波材料的反射率公式为：其中，R为反射率，z
i(n)
为n层吸波材料的输入阻抗，z0为真空阻抗，γ
n
为第n层材料的复传播因子，d
n
为第n层材料厚度，μ
n
为第n层材料的相对复磁导率，ε
n
相对介电常数，c为真空中的光速，j为虚数，f为频率，n为吸波材料的层数，n≥1。5.根据权利要求1所述的基于遗传算法的吸波复合材料的设计方法，其特征在于，所述根据每一个遗传个体的反射率以及形成吸波复合材料所需的目标反射率，评估每一个遗传个体的适应度，包括：首先通过如下公式计算每一个遗传个体在目标频点的反射率；当对应频点欲实现的反射率等于目标反射率时，利用如下公式计算每...

【专利技术属性】
技术研发人员：周昊天，卢澜，孙新，赵潮，车永星，张福祥，王登琦，
申请(专利权)人：北京环境特性研究所，
类型：发明
国别省市：