[發(fā)明專利]一種基于多點(diǎn)自適應(yīng)代理模型的反射面天線機(jī)電耦合設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610024228.3
• 申請(qǐng)日: 2016-01-14
• 公開（公告）號(hào): CN105701297B
• 公開（公告）日: 2018-07-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周金柱;曾鋒;段寶巖;王從思;王偉;李娜;李鵬;宋立偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 西安吉盛專利代理有限責(zé)任公司 61108
• 代理人: 何銳

本發(fā)明屬于天線技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種基于多點(diǎn)自適應(yīng)代理模型的反射面天線機(jī)電耦合設(shè)計(jì)方法，其主要內(nèi)容包括：在優(yōu)化過程中，每次迭代時(shí)利用建立的全局和局部取樣模型選取兩個(gè)更新點(diǎn)，以同時(shí)提高代理模型的全局和局部預(yù)測(cè)能力；然后將該方法應(yīng)用于天線的機(jī)電耦合優(yōu)化中，從而達(dá)到提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和優(yōu)化效率的目的。本發(fā)明的多點(diǎn)自適應(yīng)代理模型方法在每次迭代時(shí)能夠同時(shí)提高代理模型的全局和局部預(yù)測(cè)精度，可以很好的對(duì)復(fù)雜函數(shù)進(jìn)行近似；對(duì)于反射面天線的機(jī)電耦合優(yōu)化，能夠在保證計(jì)算精度的情況下，大大降低天線在優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中的計(jì)算量，從而提高計(jì)算效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量，具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于天線技術(shù)領(lǐng)域，涉及反射面天線機(jī)電耦合設(shè)計(jì)方法，具體是一種基于多點(diǎn)自適應(yīng)代理模型的反射面天線機(jī)電耦合設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

作為電磁波發(fā)射與接收裝置的微波反射面天線已經(jīng)廣泛應(yīng)用于陸?？仗斓阮I(lǐng)域。反射面天線的機(jī)械結(jié)構(gòu)(包括熱)與電磁之間存在著相互影響、相互依存的關(guān)系，其電性能的成功實(shí)現(xiàn)不僅依賴于機(jī)械、電磁、傳熱等學(xué)科的設(shè)計(jì)與制造水平，更取決于不同學(xué)科之間的交叉與融合，其設(shè)計(jì)的發(fā)展主要經(jīng)歷了機(jī)電分離、機(jī)電結(jié)合到機(jī)電綜合三個(gè)階段。

機(jī)電分離設(shè)計(jì)方法是指機(jī)械結(jié)構(gòu)與電磁設(shè)計(jì)分離進(jìn)行，當(dāng)電子裝備工作頻段較低時(shí)，這種設(shè)計(jì)方法可以滿足要求。如在文獻(xiàn)“段寶巖.電子裝備機(jī)電耦合研究的現(xiàn)狀與發(fā)展.中國(guó)科學(xué):信息科學(xué),2015,45:299-312,doi:

10.1360/N112014-00307.”中對(duì)該類型的方法有過報(bào)道。但是這種機(jī)電分離的設(shè)計(jì)方法帶來了兩個(gè)問題，一是機(jī)械結(jié)構(gòu)精度要求高，二是高精度的天線結(jié)構(gòu)并不總是滿足所有電性能指標(biāo)要求。這樣往往造成產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、成本高、性能受限等嚴(yán)重問題。

機(jī)電綜合設(shè)計(jì)是將機(jī)械設(shè)計(jì)與電性能設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單疊加，其認(rèn)識(shí)到了機(jī)電存在關(guān)系，也已有了相關(guān)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。如在“王從思，段寶巖，仇原鷹，邵曉東.面向大型反射面天線結(jié)構(gòu)的機(jī)電綜合設(shè)計(jì)與分析系統(tǒng).宇航學(xué)報(bào),2008,29(6):2041-2049.”和“馬洪波，段寶巖，王從思.隨機(jī)參數(shù)反射面天線機(jī)電集成穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì).電波科學(xué)學(xué)報(bào),2009,24(6):1065-1070.”中對(duì)該類型方法有過報(bào)道。但是機(jī)電綜合的設(shè)計(jì)方法沒有研究機(jī)與電間的化合作用，也沒有考慮兩者的影響機(jī)理，缺乏機(jī)電關(guān)系公式，多數(shù)依靠人工試湊方式解決設(shè)計(jì)問題。

機(jī)電耦合設(shè)計(jì)是指通過探索機(jī)與電之間的作用機(jī)理，在考慮天線電性能指標(biāo)前提下，給出機(jī)械結(jié)構(gòu)精度的精確設(shè)計(jì)。如在文獻(xiàn)“段寶巖，王猛.微波天線多場(chǎng)耦合理論模型與多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究.電子學(xué)報(bào),2013,41(10):2051-2060.”和“冷國(guó)俊，王偉，段寶巖，李小平.大型反射面天線電磁場(chǎng)與位移場(chǎng)場(chǎng)耦合模型及其在65m口徑天線設(shè)計(jì)中的應(yīng)用.機(jī)械工程學(xué)報(bào),2012,48(23):1-9.”中有過報(bào)道。但是利用機(jī)電耦合模型對(duì)反射面天線優(yōu)化時(shí)，由于各個(gè)學(xué)科間的耦合關(guān)系非常復(fù)雜，為了獲得最優(yōu)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和電磁性能，需要在各學(xué)科分析模型之間多次迭代，整體的計(jì)算時(shí)間往往會(huì)急劇增加，導(dǎo)致計(jì)算效率低下。

代理模型技術(shù)作為一種能夠有效提高計(jì)算效率的方法，在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)成為了研究的熱點(diǎn)。代理模型是指在保證計(jì)算精度的情況下，根據(jù)已有的少量樣本信息構(gòu)造一個(gè)計(jì)算周期短、計(jì)算量小，但是計(jì)算結(jié)果與仿真分析模型相近的數(shù)學(xué)模型。對(duì)于表達(dá)式過于復(fù)雜或一般沒有函數(shù)表達(dá)式的黑箱問題，可以利用代理模型確定系統(tǒng)輸入與輸出的函數(shù)關(guān)系，然后利用該函數(shù)代替耗時(shí)的仿真計(jì)算，從而達(dá)到簡(jiǎn)化優(yōu)化設(shè)計(jì)過程和提高計(jì)算效率的目的。常用的代理模型近似算法包括響應(yīng)面、Kriging模型、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、徑向基函數(shù)和支持向量回歸。在文獻(xiàn)“Forrester A I J,Keane A J.Recent advances in surrogate-basedoptimization.Progress in Aerospace Science,2009,45(1):50-79.”中對(duì)代理模型技術(shù)有過詳細(xì)的報(bào)道。但是當(dāng)前代理模型主要應(yīng)用于火箭、飛機(jī)等復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，將代理模型應(yīng)用于反射面天線機(jī)電耦合設(shè)計(jì)中的研究還未曾見到。

發(fā)明內(nèi)容