[發明專利]一種基于改進免疫算法的準靜電場耦合通信模型優化方法

在審

• 申請號: 202010951835.0
• 申請日: 2020-09-11
• 公開（公告）號: CN112069736A
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 李銀林;陸麗萍;黃忠華;劉銘;梁彥斌
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06N3/12;G06F111/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于改進免疫算法的準靜電場耦合通信模型優化方法，屬于準靜電場電容耦合通信技術領域。首先將準靜電場傳輸中各導體之間的耦合關系和傳導電流損耗分別用等效電容和等效電阻表征，建立電場耦合等效模型；然后分析電阻電容之間的串并聯關系，建立對應的等效電路模型；根據等效電路模型推導出輸入電壓和輸出電壓之間的傳遞函數；通過實驗測試信道頻率響應特性；以等效電路的頻率響應和實驗的頻率響應的均方差為目標函數，采用改進的免疫算法進行最優參數估計；最后通過獲得的最優化的參數值得到完整的等效電路模型。本發明在保證求出最優化參數值的前提下，有效提高了算法的收斂速度和運算效率，具有良好的普適性和可擴展性。

技術領域

本發明屬于準靜電場電容耦合通信技術領域，涉及一種基于改進免疫算法的準靜電場耦合通信模型優化方法。

背景技術

基于準靜電場電容耦合的無線通信是指在收發節點之間以人體或金屬等導電體為信道，通過靜電場耦合傳輸數據的一種無線通信技術，目前廣泛應用于醫療、娛樂等體域通信領域，可實現低功耗通信，同時具有良好的保密性。將準靜電場電容耦合通信技術應用于密閉金屬體(如汽車體、航天飛行器艙體等)內的無線數據傳輸可實現傳統無線通信技術(如射頻通信、光通信等)不能實現的強衰落非視距傳輸、狹小緊湊封閉金屬空間密集多徑效應條件下通信以及完全金屬隔離的跨金屬體通信。然而，準靜電場電容耦合通信信道的模型優化方法尚未成熟，其發展面臨著諸多問題，仍有待進一步研究。

目前，準靜電場電容耦合通信信道的建模主要有如下幾種方法：有限元模型、統計信道模型、等效電路模型和分布式電路模型。其中，等效電路模型是將物體間的電場耦合和電流損耗從電路的角度分別用等效電容和等效電阻來表征并根據電場耦合關系建立等效電路，是一種當前廣泛應用的方法。在等效電路模型中，通常采用一般的曲線擬合或函數最優算法，如最小二乘法、牛頓法、梯度下降法等傳統數學方法，來對電阻、電容等參數進行估計。然而，在實際的準靜電場電容耦合通信模型中，有多達幾十個甚至更多參數值需要估計，這些參數需要對傳遞函數的幅頻和相頻響應特性兩個目標函數進行尋優求解，一般的曲線擬合或函數優化算法不足以對這樣復雜的多目標、多參數求解，易收斂到局部最優解引起模型參數估計誤差。近年來，基于群體的智能優化算法被廣泛應用于解決復雜的實際工程問題，如遺傳算法、粒子群算法、人工蜂群算法、人工免疫算法等，但這些算法都存在著各自的缺陷，如收斂速度慢、運算效率低、隨著種群進化多樣性下降從而收斂到局部最優等問題。

為克服上述缺點，本發明采用一種改進的人工免疫算法，并將其應用于準靜電場電容耦合通信信道的等效電路模型的電阻、電容參數估計問題。免疫算法是在解決實際問題的過程中，模仿生物免疫機制，結合基因的進化原理，力圖有選擇、有目的地利用待求問題中的一些特征信息或知識來抑制其優化過程中出現的退化現象。其最顯著的優點是迭代過程中，在保留上一代最佳個體的前提下，可以以概率1收斂至全局最優解。

經申請人檢索：本發明給出的這種基于改進的免疫算法最優參數估計的準靜電場電容耦合通信信道的模型優化方法在國內外尚未有公開出版物進行披露。

發明內容

本發明的目的是為了克服已有技術的缺陷，為了解決局部收斂引起的模型參數估計誤差以及收斂速度慢、運算效率低等問題，提出一種將改進的免疫算法參數估計與等效電路模型相結合的準靜電場電容耦合通信信道模型優化的方法。

本發明方法是通過下述技術方案實現的：

一種基于改進的免疫算法最優參數估計的準靜電場電容耦合通信信道模型優化的方法，其基本實施過程如下：

步驟一、將準靜電場傳輸過程中各導體之間的耦合關系用等效電容表征，將傳導電流損耗用等效電阻表征，并建立電場耦合等效模型；

步驟二、根據步驟一得到的電場耦合等效模型，分析各電阻、電容之間的串、并聯關系，建立對應的等效電路模型；

步驟三、根據步驟二得到的等效電路模型推導出輸入電壓與輸出電壓之間的傳遞函數；