阻抗渐变超材料的设计方法、计算机设备及存储介质技术

本发明专利技术提出阻抗渐变超材料的设计方法，其包括：计算阻抗渐变超材料集合X＝{x1,

【技术实现步骤摘要】
阻抗渐变超材料的设计方法、计算机设备及存储介质


[0001]本专利技术涉及超材料
，具体来说，涉及一种阻抗渐变超材料的设计方法、计算机设备及存储介质。

技术介绍

[0002]阻抗渐变吸波材料包括层叠设置的多个吸波材料层，所述多个吸波材料层的阻抗沿层叠方向依次增加或减小，从而使电磁波根据不同需求在不同频段呈现透波、反射、吸波等不同特性。因这方面的特性，阻抗渐变吸波材料在航空航天领域有广泛的应用前景。
[0003]然而，目前对阻抗渐变吸波材料还没有比较成熟的设计方法。目前常用的阻抗设计方法多是针对均匀介质材料进行，通过理论计算得到匹配的阻抗值；或使用网格搜索、随机搜索等方法，需要消耗大量的计算资源，应用于阻抗渐变吸波材料时会带来计算量过大的问题。

技术实现思路

[0004]针对相关技术中的问题，本专利技术提出一种阻抗渐变超材料的设计方法、计算机设备及存储介质，可有效缩短阻抗渐变超材料的设计时间，在保证设计效果的基础上，最大限度减少设计工作量。
[0005]根据本专利技术的第一个方面，提供了一种阻抗渐变超材料的设计方法，所述阻抗渐变超材料包括层叠设置的多个超材料层，所述多个超材料层的阻抗沿超材料层的层叠方向连续变化；所述设计方法包括：
[0006]步骤S1：获取阻抗渐变超材料集合X＝{x1,
…
,x
k
}；其中，k≥2，k为自然数；
[0007]步骤S2：根据阻抗渐变超材料xi在至少一个频段的目标电磁响应和等效电磁响应计算阻抗渐变超材料集合X＝{x1,
…
,x
k
}对应的第一优化算法的评价函数结果集合Y(X)＝{y1,
…
,y
k
}；其中，1≤i≤k，i为自然数；
[0008]步骤S3：计算所述评价函数结果集合Y(X)对应的均值和方差，以及根据所述均值、方差和评价函数结果集合Y(X)计算先验分布函数；
[0009]步骤S4：根据所述评价函数结果集合Y(X)中的最小值、先验分布函数和方差计算采集函数；
[0010]步骤S5：执行第二优化算法的迭代操作以获得所述采集函数中的最大值所对应的最优阻抗渐变超材料，以及在迭代操作结束时输出所述最优阻抗渐变超材料所表征的多个超材料层中的每个超材料层的厚度和/或阻抗以及所述多个超材料层的排列。
[0011]在本专利技术实施例中，作为非限定的举例，第一优化算法为粒子群优化算法，第二优化算法为贝叶斯优化算法。
[0012]本专利技术的第二个方面提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序；所述处理器执行所述计算机程序时实现所述阻抗渐变超材料的设计方法的步骤。
[0013]本专利技术的第三个方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现所述阻抗渐变超材料的设计方法的步骤。
[0014]本专利技术实施例采用基于贝叶斯优化算法和粒子群优化算法的阻抗渐变超材料的设计方法，能够在保证设计效果的基础上，最大限度减少设计工作量。并且随着数据库中的样本数不断增加，设计效果会越变越好。本专利技术实施例所述阻抗渐变超材料的设计方法在航空、航天、军工等场景下具有广阔的应用空间。
附图说明
[0015]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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0016]图1为本专利技术一种实施例提供的阻抗渐变超材料的设计方法的流程图。
[0017]图2为本专利技术另一种实施例提供的阻抗渐变超材料的设计方法的流程图。
[0018]图3为本专利技术实施例提供的阻抗渐变超材料的设计方法的具体实施流程图。
[0019]图4为本专利技术实施例所述阻抗渐变超材料的设计方法的最优结果随迭代次数的变化趋势。
[0020]图5为本专利技术实施例所述阻抗渐变超材料的设计方法的最终方案示意图。
[0021]图6为本专利技术实施例所述阻抗渐变超材料的设计方法的方案优化效果图。
具体实施方式
[0022]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0023]针对现有技术中阻抗渐变吸波材料设计时优化时间较长、优化效果不显著的场景，本专利技术提出了一种阻抗渐变超材料的新设计方法。
[0024]本专利技术所述阻抗渐变超材料的设计方法基于贝叶斯优化算法(Bayesian Optimization,BO)和粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization,PSO)，结合多层介质级联的等效算法，充分利用历史试验数据(测试、仿真数据)信息作为先验依据，在大样本数据库中选取最优阻抗渐变超材料方案，可实现快速得到与实际需求最接近的阻抗渐变超材料。贝叶斯优化算法的基本原理是贝叶斯定理，相比其他算法(网格搜索、随机搜索等)，解决了设计方法“优化时间较长、短时间的优化效果不显著”等问题。
[0025]本专利技术的改进效果：通过应用本专利技术实施例提出的阻抗渐变超材料的新设计方法，可有效指导阻抗渐变超材料的设计，缩短阻抗渐变超材料的设计时间、提高阻抗渐变超材料的设计效果。
[0026]图1为本专利技术一种实施例提供的阻抗渐变超材料的设计方法100的流程图。
[0027]所述阻抗渐变超材料包括层叠设置的多个超材料层，所述多个超材料层的阻抗沿
超材料层的层叠方向连续变化。
[0028]在本专利技术实施例中，具体地，所述多个超材料层的阻抗沿超材料层的层叠方向依次增大或依次减小。在可选的其他实施例中，所述多个超材料层的阻抗沿超材料层的层叠方向依次先增大后减小或依次先减小后增大。
[0029]在本专利技术实施例中，具体地，所述多个超材料层中的每个超材料层由吸波剂和蜂窝固化而成，所述每个超材料层的阻抗由吸波剂浓度、蜂窝种类、吸波剂在蜂窝表面的厚度来决定。作为非限定的举例，吸波剂为碳粉，吸波剂浓度为碳粉相对于水的浓度。
[0030]如图1所示，阻抗渐变超材料的设计方法100包括如下步骤：
[0031]步骤S1：获取阻抗渐变超材料集合X＝{x1,
…
,x
k
}；其中，k≥2，k为自然数。
[0032]步骤S2：根据阻抗渐变超材料x
i
在至少一个频段的目标电磁响应和等效电磁响应计算阻抗渐变超材料集合X＝{x1,
…
,x
k
}对应的第一优化算法的评价函数结果集合Y(X)＝{y1,
…
,y
k
}；其中，1≤i≤k，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种阻抗渐变超材料的设计方法，所述阻抗渐变超材料包括层叠设置的多个超材料层，所述多个超材料层的阻抗沿超材料层的层叠方向连续变化；其特征在于，所述设计方法包括：步骤S1：获取阻抗渐变超材料集合X＝{x1,
…
,xk}；其中，k≥2，k为自然数；步骤S2：根据阻抗渐变超材料xi在至少一个频段的目标电磁响应和等效电磁响应计算阻抗渐变超材料集合X＝{x1,
…
,xk}对应的第一优化算法的评价函数结果集合Y(X)＝{y1,
…
,yk}；其中，1≤i≤k，i为自然数；步骤S3：计算所述评价函数结果集合Y(X)对应的均值和方差，以及根据所述均值、方差和评价函数结果集合Y(X)计算先验分布函数；步骤S4：根据所述评价函数结果集合Y(X)中的最小值、先验分布函数和方差计算采集函数；步骤S5：执行第二优化算法的迭代操作以获得所述采集函数中的最大值所对应的最优阻抗渐变超材料，以及在迭代操作结束时输出所述最优阻抗渐变超材料所表征的多个超材料层中的每个超材料层的厚度和/或阻抗以及所述多个超材料层的排列。2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，在所述步骤S5中，所述执行第二优化算法的迭代操作以获得所述采集函数中的最大值所对应的最优阻抗渐变超材料之后，还包括：计算所述最优阻抗渐变超材料对应的最优评价函数结果；将所述最优评价函数结果加入到评价函数结果集合Y(X)中并重复执行步骤S3、S4和S5，直至迭代操作结束。3.根据权利要求2所述的设计方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括：执行第二优化算法的迭代操作以获得采集函数中的最大值所对应的最优阻抗渐变超材料，使k＝k+1及将所述最优阻抗渐变超材料标记为xk+1；计算最优阻抗渐变超材料x
k+1
对应的最优评价函数结果y
k+1
，以及更新阻抗渐变超材料集合X＝{x1,
…
,x
k
,x
k+1
}和对应的评价函数结果集合Y(X)＝{y1,
…
,y
k
,y
k+1
}并重复执行步骤S3、S4和S5，直至迭代操作结束时输出所述最优阻抗渐变超材料所表征的多个超材料层中的每个超材料层的厚度和/或阻抗以及所述多个超材料层的排列。4.根据权利要求2或3所述的设计方法，其特征在于，所述迭代操作结束的条件为当前迭代次数达到预设迭代次数；或者所述迭代操作结束的条件为当前迭代中的最优评价函数结果与上一次迭代中的最优评价函数结果之间的差异值小于或等于预设差异阈值；或者所述迭代操作结束的条件为当前迭代中的最优评价函数结果小于或等于预设值。5.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：计算阻抗渐变超材料集合X＝{x1,
…
,x
k
}对应的第一优化算法的评价函数结果集合Y(X)＝{y1,
…
,y
k
}；其中，评价函数计算公式为y
i
＝wa1*max(S1(x
i
),Sb1)+,
…
,+wa
n
*max)Sn(x
i
),Sb
n
)+wb*abs(sum(d(x
i
))
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴春亮，刘若鹏，张澎，周鑫，郭卿超，刘心明，景致，付立顺，
申请(专利权)人：深圳光启尖端技术有限责任公司深圳光启高端装备技术研发有限公司，
类型：发明
国别省市：