超材料的元建模方法和系统、及电磁响应曲线的获取方法技术方案

本发明专利技术公开了一种超材料的元建模方法和系统、以及超材料的电磁响应曲线的获取方法，该超材料的元建模方法包括：通过仿真得到结构参数对应的电磁响应曲线；利用第一模型对该电磁响应曲线进行一次建模，以获得第一模型系数；利用第二模型对该结构参数和该第一模型系数进行二次建模。本发明专利技术通过对已知的结构参数进行仿真以得到一系列离散响应数据所形成的电磁响应曲线，接着利用参数模型对电磁响应曲线进行一次建模以利用新模型替换该电磁响应曲线，再利用模型将新模型系数和结构参数建模，本发明专利技术取代了人工设计建模，采用已有模型建模可以快速地完成优化设计，减少了手工建模的不确定性和随机性，推进了超材料设计的自动化进程。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及超材料领域，具体涉及一种超材料的元建模方法和系统、以及超材料的电磁响应曲线的获取方法。
技术介绍
在超材料
，对于超材料的微单元结构，不同的结构参数输入x，仿真时可以得到对应的电磁响应曲线。目前对超材料的设计建模还是停留在手动设计阶段，一般是依靠经验进行手工调节和设计。但是随着技术的发展，越来越多的领域开始使用超材料，超材料的微单元结构种类越来越来，相应仿真的响应数据量也越来越庞大，传统的人工手动设计方法已无法满足大规模生产设计的需求，而且手工设计调试也增加了建模的不确定性和随机性。
技术实现思路
本专利技术主要解决传统的手动设计方法已无法满足超材料大规模生产设计的需求的技术问题，提供了一种超材料的元建模方法和系统、以及超材料的电磁响应曲线的获取方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的一个技术方案是：提供一种超材料的元建模方法，包括：通过仿真得到结构参数对应的电磁响应曲线；利用第一模型对该电磁响应曲线进行一次建模，以获得第一模型系数；利用第二模型对该结构参数和该第一模型系数进行二次建模。其中，该第一模型为三次样条模型，该利用第一模型对该电磁响应曲线进行一次建模，以获得第一模型系数的步骤包括：利用该三次样条模型对该电磁响应曲线进行建模，以获得三次样条系数。其中，该第二模型为高斯模型，该利用第二模型对该结构参数和该第一模型系数进行二次建模的步骤包括：用高斯模型对该结构参数和该三次样条系数进行二次建模。其中，该利用该三次样条模型对该电磁响应曲线进行建模，以获得三次样条系数的步骤包括：根据该电磁响应曲线获取多个结构参数及其对应的频率响应值以构造分段三次样条函数；利用牛顿基本差商公式和导数条件获得该分段三次样条函数的三次样条系数表达式；利用三弯矩方程组及边界条件计算该三次样条系数表达式以得到该三次样条系数。为解决上述技术问题，本专利技术采用的另一个技术方案是：提供一种超材料的元建模系统，包括仿真模块、第一建模模块和第二建模模块。该仿真模块用于通过仿真得到结构参数对应的电磁响应曲线；该第一建模模块用于利用第一模型对该电磁响应曲线进行一次建模，以获得第一模型系数；该第二建模模块用于利用第二模型对该结构参数和该第一模型系数进行二次建模。其中，该第一模型为三次样条模型，该第一建模模块利用该三次样条模型对该电磁响应曲线进行建模，以获得三次样条系数。其中，该第二模型为高斯模型，该第二建模模块用高斯模型对该结构参数和该三次样条系数进行二次建模。其中，该第一建模模块包括构造函数单元、系数表达式获取单元以及系数计算单元。该构造函数单元用于根据该电磁响应曲线获取多个结构参数及其对应的频率响应值以构造分段三次样条函数；该系数表达式获取单元用于利用牛顿基本差商公式和导数条件获得该分段三次样条函数的三次样条系数表达式；该系数计算单元用于利用三弯矩方程组及边界条件计算该三次样条系数表达式以得到该三次样条系数。为解决上述技术问题，本专利技术采用的另一个技术方案是：提供一种超材料的电磁响应曲线的获取方法，包括：获取结构参数；将该结构参数输入第一模型，以获取该结构参数对应的第一模型系数；将该结构参数和该第一模型系数输入到第二模型，以获取该结构参数对应的电磁响应曲线。其中，该第一模型为高斯模型，该第二模型为三次样条模型。本专利技术的有益效果是：区别于现有技术的情况，本专利技术通过对已知的结构参数进行仿真以得到一系列离散响应数据所形成的电磁响应曲线，接着利用参数模型对电磁响应曲线进行一次建模以利用新模型替换该电磁响应曲线，再利用模型将新模型系数和结构参数建模，本专利技术取代了人工设计建模，采用已有模型建模可以快速地完成优化设计，减少了手工建模的不确定性和随机性；而完成建模之后，对于未经过仿真的任意结构参数，可以通过上述两次建模模型进行反向推导，以得到对应响应的电磁响应曲线。本专利技术有效地提高了超材料设计建模的速度，减少了建模的不确定性和随机性，而对于未进行仿真的结构参数，可以快递地得到其对应的电磁响应曲线，推进了超材料设计的自动化进程。附图说明图1A是本专利技术超材料的元建模方法一实施例的流程图；图1B是本专利技术超材料的元建模方法具体工作流程及其相应结果示意图；图2是本专利技术超材料的元建模方法另一实施例的流程图；图3是本专利技术超材料的元建模系统的模块连接图；以及图4是本专利技术超材料的电磁响应曲线的获取方法一实施例的流程图。具体实施方式请参阅图1A和图1B，图1A是本专利技术超材料的元建模方法一实施例的流程图，图1B是本专利技术超材料的元建模方法具体工作流程及其相应结果示意图，在本实施例中，该超材料的元建模方法包括如下步骤。步骤S100，通过仿真得到结构参数对应的电磁响应曲线。步骤S100与图1B中“仿真”对应，在仿真的过程中，以结构参数作为输入，可得到一系列离散的响应数据所形成的电磁响应曲线，譬如，以x表示结构参数、f表示其响应数据(可以为频率或折射率等)，则其电磁响应曲线的函数表达式为y＝F(x；f)。步骤S101，利用第一模型对该电磁响应曲线进行一次建模，以获得第一模型系数。在步骤S101中，可以采用参数模型进行建模，譬如三次样条模型、最小二乘线性回归模型、多项式拟合模型、正弦函数拟合模型和岭回归模型等，采用上述参数模型，可以对离散的结构参数及其电磁响应曲线进行快速的拟合，在本
人员理解的范围内，在此对上述参数模型不作赘述。在具体的应用中，第一模型为三次样条模型，若以coef表示第一模型系数(即三次样条参数)，则经过步骤S101之后，可得到其模型的表达式为y＝S(coef)，换而言之，本实施例采用y＝S(coef)替代该y＝F(x；f)，以实现对该电磁响应曲线的“恢复”拟合。步骤S102，利用第二模型对该结构参数和该第一模型系数进行二次建模。在获取到第一模型参数之后，可以通过步骤S102进行非参数建模，譬如MCMC(马尔卡夫链蒙特卡罗)模型、高斯模型以及神经网络模型等，使得模型的曲线快速拟合回归，可以使模型与经过仿真得到的电磁响应曲线相似度或似然概率达到最大值，当然，也可以采用洛伦兹模型等，在此不作限定。在具体的应用中，第二模型为高斯模型，步骤S102建立的模型的表达式为coef＝GP(x)。不难看出，后续对每一个未经仿真的结构参数，都可以通过coef＝GP(x)和y＝S(coef)反推以得到其<本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超材料的元建模方法，其特征在于，包括：通过仿真得到结构参数对应的电磁响应曲线；利用第一模型对所述电磁响应曲线进行一次建模，以获得第一模型系数；利用第二模型对所述结构参数和所述第一模型系数进行二次建模。

【技术特征摘要】
1.一种超材料的元建模方法，其特征在于，包括：
通过仿真得到结构参数对应的电磁响应曲线；
利用第一模型对所述电磁响应曲线进行一次建模，以获得第一模型
系数；
利用第二模型对所述结构参数和所述第一模型系数进行二次建模。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一模型为三
次样条模型，所述利用第一模型对所述电磁响应曲线进行一次建模，以
获得第一模型系数的步骤包括：
利用所述三次样条模型对所述电磁响应曲线进行建模，以获得三次
样条系数。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二模型为高
斯模型，所述利用第二模型对所述结构参数和所述第一模型系数进行二
次建模的步骤包括：
用高斯模型对所述结构参数和所述三次样条系数进行二次建模。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述利用所述三次
样条模型对所述电磁响应曲线进行建模，以获得三次样条系数的步骤包
括：
根据所述电磁响应曲线获取多个结构参数及其对应的频率响应值
以构造分段三次样条函数；
利用牛顿基本差商公式和导数条件获得所述分段三次样条函数的
三次样条系数表达式；
利用三弯矩方程组及边界条件计算所述三次样条系数表达式以得
到所述三次样条系数。
5.一种超材料的元建模系统，其特征在于，包括：
仿真模块，用于通过仿真得到结构参数对应的电磁响应曲线；
第一建模模块，用于利用第一模型...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘若鹏，季春霖，刘斌，李乐，
申请(专利权)人：深圳光启创新技术有限公司，
类型：发明
国别省市：