專利名稱：獲得人工電磁材料結(jié)構(gòu)單元電磁特性曲線的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及獲得人工電磁材料結(jié)構(gòu)單元電磁特性曲線的方法及其裝置。
背景技術(shù)：
針對人工電磁材料結(jié)構(gòu)單元電磁特性的數(shù)學描述是人工電磁材料自動化設(shè)計過程中不可或缺的ー個重要環(huán)節(jié)，其中ー種數(shù)學描述方法是采用形成響應(yīng)曲線的方式來實現(xiàn)。上述采用形成響應(yīng)曲線的數(shù)學描述方法，通常先對響應(yīng)曲線進行分段，用M來表示分的段數(shù)；然后逐段利用三次樣條模型來擬合，分段效果示意圖如圖I所示，對所考慮的頻率段(橫軸)劃分了 7等分L1-L7，即M = 7。這種簡單分段的方法很難確定恰當?shù)姆侄味螖?shù)M，而且對于某一局部段，如圖I中的L5，較難找到恰當?shù)娜螛訔l模型來進行擬合。如前所述，目前對人工電磁材料的研究和設(shè)計尚停留在憑經(jīng)驗手工調(diào)節(jié)和設(shè)計的階段，缺乏標準化的電磁特性數(shù)學描述方法，阻礙了人工電磁材料的大規(guī)模設(shè)計和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。針對人工電磁材料結(jié)構(gòu)單元電磁特性的標準化數(shù)學描述方案是目前國際上ー個亟需解決的難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供獲得人工電磁材料結(jié)構(gòu)單元電磁特性曲線的方法及其裝置，能夠?qū)θ斯る姶挪牧辖Y(jié)構(gòu)單元電磁響應(yīng)曲線進行較好的擬合。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個技術(shù)方案是提供一種獲得人工電磁材料結(jié)構(gòu)單元電磁特性曲線的方法，包括輸入電磁響應(yīng)數(shù)據(jù)；生成所述電磁響應(yīng)數(shù)據(jù)的電磁響應(yīng)曲線；分別對所述電磁響應(yīng)曲線中的諧振區(qū)域和諧振區(qū)域之外的其余區(qū)域進行擬合，得到分別對應(yīng)諧振區(qū)域的曲線和其余區(qū)域的曲線；結(jié)合所述擬合得到的諧振區(qū)域的曲線和其余區(qū)域的曲線，進而得到人工電磁材料結(jié)構(gòu)單元電磁特性曲線。其中，所述生成電磁響應(yīng)數(shù)據(jù)的電磁響應(yīng)曲線的步驟之后包括對所述電磁響應(yīng)數(shù)據(jù)的電磁響應(yīng)曲線進行平滑處理，得到平滑處理后的電磁響應(yīng)曲線。其中，所述分別對電磁響應(yīng)曲線中的諧振區(qū)域和諧振區(qū)域之外的其余區(qū)域進行擬合，得到分別對應(yīng)諧振區(qū)域的曲線和其余區(qū)域的曲線的步驟包括采用洛侖茲模型和貝葉斯回歸模型分別對電磁響應(yīng)曲線中的諧振區(qū)域和諧振區(qū)域之外的其余區(qū)域進行擬合，得到分別對應(yīng)諧振區(qū)域的曲線和其余區(qū)域的曲線。其中，所述采用洛侖茲模型和貝葉斯回歸模型分別對電磁響應(yīng)曲線中的諧振區(qū)域和諧振區(qū)域之外的其余區(qū)域進行擬合，得到分別對應(yīng)諧振區(qū)域的曲線和其余區(qū)域的曲線的 步驟包括構(gòu)建馬爾可夫鏈，使所述馬爾可夫鏈包含所述貝葉斯回歸模型的超參數(shù)O ;采用洛侖茲模型對所述電磁響應(yīng)曲線的諧振區(qū)域進行擬合，得到初始的電磁響應(yīng)曲線諧振區(qū)域的洛侖茲模型的擬合結(jié)果；用所述電磁響應(yīng)曲線的真實分布值減去所述電磁響應(yīng)曲線諧振區(qū)域的洛侖茲模型的擬合結(jié)果，得到電磁響應(yīng)曲線中的諧振區(qū)域之外的其余區(qū)域，即為洛侖茲模型的殘差，采用貝葉斯回歸模型對所述洛侖茲模型的殘差進行擬合，得到第n次的電磁響應(yīng)曲線中的諧振區(qū)域之外的其余區(qū)域的貝葉斯回歸模型的擬合結(jié)果，其中，n是自然數(shù)，從I開始；用所述電磁響應(yīng)曲線的真實分布值減去所述第n次的電磁響應(yīng)曲線中的諧振區(qū)域之外的其余區(qū)域的貝葉斯回歸模型的擬合結(jié)果，得到電磁響應(yīng)曲線的諧振區(qū)域，即為貝葉斯回歸模型的殘差，采用洛侖茲模型對所述貝葉斯回歸模型的殘差進行擬合，得到第n次的電磁響應(yīng)曲線的諧振區(qū)域的洛侖茲模型的擬合結(jié)果；在采用所述洛侖茲模型對所述貝葉斯回歸模型的殘差進行擬合后判斷所述馬爾可夫鏈是否穩(wěn)定；若所述馬爾可夫鏈穩(wěn)定，則所述第n次的洛侖茲模型的擬合結(jié)果和第n次的貝葉斯回歸模型的擬合結(jié)果分別為對應(yīng)的電磁響應(yīng)曲線中的諧振區(qū)域的曲線和諧振區(qū)域之外的其余區(qū)域的曲線，若所述馬爾可夫鏈不穩(wěn)定，則返回用所述電磁響應(yīng)曲線的真實分布值減去所述電磁響應(yīng)曲線諧振區(qū)域的洛侖茲模型的擬合結(jié)果以及采用貝葉斯回歸模型對所述洛侖茲模型的殘差進行擬合而得到第n次的電磁響應(yīng)曲線中的諧振區(qū)域之外的其余區(qū)域的貝葉斯回歸模型的擬合結(jié)果的步驟進行循環(huán)，直到所述馬爾可夫鏈穩(wěn)定。其中，所述貝葉斯回歸模型的超參數(shù)O是通過Metropolis-Hastings方法得到 的。其中，所述貝葉斯回歸模型的超參數(shù)O通過Metropolis-Hastings方法得到的步驟包括對超參數(shù)進行初始化，得到初始化的超參數(shù)O ^ ;根據(jù)所述超參數(shù)O C1，計算電磁響應(yīng)曲線的邊緣相似概率值，所述計算出的電磁響應(yīng)曲線的邊緣相似概率值即為超參數(shù)
O^的似然值P(y|X，Oふ其中，所述電磁響應(yīng)曲線的邊緣相似概率值等于電磁響應(yīng)曲線每個數(shù)據(jù)點的高斯似然值的和，根據(jù)所述超參數(shù)O C1，計算電磁響應(yīng)曲線的高斯參數(shù)的先驗概率，所述計算出的電磁響應(yīng)曲線的高斯參數(shù)的先驗概率即為高斯過程模型的參數(shù)的先驗概率P(Otl);將所述超參數(shù)。。的似然值以及高斯過程模型的參數(shù)的先驗概率相乘，得到根據(jù)所述超參數(shù)O ^所獲得的高斯過程模型的參數(shù)的后驗概率p (0 JhX) p(y|X，O0)p(o0);用隨機行走方法產(chǎn)生新的超參數(shù)O，根據(jù)所述超參數(shù)。，返回所述計算超參數(shù)的似然值以及計算高斯過程模型的參數(shù)的先驗概率的步驟，將所述計算出的超參數(shù)O的似然值以及高斯過程模型的參數(shù)的先驗概率相乘，得到根據(jù)所述超參數(shù)O所獲得的高斯過程模型的參數(shù)的后驗概率P ( O |y, X) p(y|x, o)p(o);用所述Metropolis-Hastings方法比較根據(jù)所述超參數(shù)0所獲得的高斯過程模型的參數(shù)的后驗概率以及根據(jù)所述超參數(shù)
所獲得的高斯過程模型的參數(shù)的后驗概率，根據(jù)所述比較結(jié)果，判斷是否保留所述超參數(shù)0 ;若判斷為不保留所述超參數(shù)0，則使超參數(shù)％等于超參數(shù)0，并返回所述用隨機行走方法產(chǎn)生新的超參數(shù)0的步驟進行循環(huán)，直到判斷保留所述超參數(shù)0。其中，所述采用貝葉斯回歸模型對所述洛侖茲模型的殘差進行擬合，得到第n次的電磁響應(yīng)曲線中的諧振區(qū)域之外的其余區(qū)域的貝葉斯回歸模型的擬合結(jié)果的步驟包括根據(jù)所述保留的超參數(shù)0，計算貝葉斯回歸模型權(quán)重的后驗神，めメ=g廣)p (w 11，0 2) = N ( U，var)，其中，所述中值估計U與方差var分別是
權(quán)利要求
1.一種獲得人工電磁材料結(jié)構(gòu)單元電磁特性曲線的方法，其特征在于，包括 輸入電磁響應(yīng)數(shù)據(jù)； 生成所述電磁響應(yīng)數(shù)據(jù)的電磁響應(yīng)曲線； 分別對所述電磁響應(yīng)曲線中的諧振區(qū)域和諧振區(qū)域之外的其余區(qū)域進行擬合，得到分別對應(yīng)諧振區(qū)域的曲線和其余區(qū)域的曲線； 結(jié)合所述擬合得到的諧振區(qū)域的曲線和其余區(qū)域的曲線，進而得到人工電磁材料結(jié)構(gòu)単元電磁特性曲線。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述生成電磁響應(yīng)數(shù)據(jù)的電磁響應(yīng)曲線的步驟之后包括對所述電磁響應(yīng)數(shù)據(jù)的電磁響應(yīng)曲線進行平滑處理，得到平滑處理后的電磁響應(yīng)曲線。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述分別對電磁響應(yīng)曲線中的諧振區(qū)域和諧振區(qū)域之外的其余區(qū)域進行擬合，得到分別對應(yīng)諧振區(qū)域的曲線和其余區(qū)域的曲線的步驟包括采用洛侖茲模型和貝葉斯回歸模型分別對電磁響應(yīng)曲線中的諧振區(qū)域和諧振區(qū)域之外的其余區(qū)域進行擬合，得到分別對應(yīng)諧振區(qū)域的曲線和其余區(qū)域的曲線。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述采用洛侖茲模型和貝葉斯回歸模型分別對電磁響應(yīng)曲線中的諧振區(qū)域和諧振區(qū)域之外的其余區(qū)域進行擬合，得到分別對應(yīng)諧振區(qū)域的曲線和其余區(qū)域的曲線的步驟包括 構(gòu)建馬爾可夫鏈，使所述馬爾可夫鏈包含所述貝葉斯回歸模型的超參數(shù)O ; 采用洛侖茲模型對所述電磁響應(yīng)曲線的諧振區(qū)域進行擬合，得到初始的電磁響應(yīng)曲線諧振區(qū)域的洛侖茲模型的擬合結(jié)果； 用所述電磁響應(yīng)曲線的真實分布值減去所述電磁響應(yīng)曲線諧振區(qū)域的洛侖茲模型的擬合結(jié)果，得到電磁響應(yīng)曲線中的諧振區(qū)域之外的其余區(qū)域，即為洛侖茲模型的殘差，采用貝葉斯回歸模型對所述洛侖茲模型的殘差進行擬合，得到第n次的電磁響應(yīng)曲線中的諧振區(qū)域之外的其余區(qū)域的貝葉斯回歸模型的擬合結(jié)果，其中，n是自然數(shù)，從I開始； 用所述電磁響應(yīng)曲線的真實分布值減去所述第n次的電磁響應(yīng)曲線中的諧振區(qū)域之外的其余區(qū)域的貝葉斯回歸模型的擬合結(jié)果，得到電磁響應(yīng)曲線的諧振區(qū)域，即為貝葉斯回歸模型的殘差，采用洛侖茲模型對所述貝葉斯回歸模型的殘差進行擬合，得到第n次的電磁響應(yīng)曲線的諧振區(qū)域的洛侖茲模型的擬合結(jié)果； 在采用所述洛侖茲模型對所述貝葉斯回歸模型的殘差進行擬合后判斷所述馬爾可夫鏈是否穩(wěn)定； 若所述馬爾可夫鏈穩(wěn)定，則所述第n次的洛侖茲模型的擬合結(jié)果和第n次的貝葉斯回歸模型的擬合結(jié)果分別為對應(yīng)的電磁響應(yīng)曲線中的諧振區(qū)域的曲線和諧振區(qū)域之外的其余區(qū)域的曲線，若所述馬爾可夫鏈不穩(wěn)定，則返回用所述電磁響應(yīng)曲線的真實分布值減去所述電磁響應(yīng)曲線諧振區(qū)域的洛侖茲模型的擬合結(jié)果以及采用貝葉斯回歸模型對所述洛侖茲模型的殘差進行擬合而得到第n次的電磁響應(yīng)曲線中的諧振區(qū)域之外的其余區(qū)域的貝葉斯回歸模型的擬合結(jié)果的步驟進行循環(huán)，直到所述馬爾可夫鏈穩(wěn)定。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述貝葉斯回歸模型的超參數(shù)0是通過Metropolis-Hastings 方法得到的。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述貝葉斯回歸模型的超參數(shù)0通過Metropolis-Hastings方法得到的步驟包括 對超參數(shù)進行初始化，得到初始化的超參數(shù)0 ^ ; 根據(jù)所述超參數(shù)0 0,計算電磁響應(yīng)曲線的邊緣相似概率值,所述計算出的電磁響應(yīng)曲線的邊緣相似概率值即為超參數(shù)oj勺似然值p(y |X，oふ其中，所述電磁響應(yīng)曲線的邊緣相似概率值等于電磁響應(yīng)曲線每個數(shù)據(jù)點的高斯似然值的和， 根據(jù)所述超參數(shù)0 0,計算電磁響應(yīng)曲線的高斯參數(shù)的先驗概率,所述計算出的電磁響應(yīng)曲線的高斯參數(shù)的先驗概率即為高斯過程模型的參數(shù)的先驗概率P(Otl); 將所述超參數(shù)O^的似然值以及高斯過程模型的參數(shù)的先驗概率相乘，得到根據(jù)所述超參數(shù)O ^所獲得的高斯過程模型的參數(shù)的后驗概率p (0 Jy’x) p(y|X，O0)p(o0)；用隨機行走方法產(chǎn)生新的超參數(shù)O，根據(jù)所述超參數(shù)O，返回所述計算超參數(shù)的似然值以及計算高斯過程模型的參數(shù)的先驗概率的步驟，將所述計算出的超參數(shù)O的似然值以及高斯過程模型的參數(shù)的先驗概率相乘，得到根據(jù)所述超參數(shù)O所獲得的高斯過程模型的參數(shù)的后驗概率p( O |y，X) p(y |x, O )p( O )； 用所述Metropolis-Hastings方法比較根據(jù)所述超參數(shù)o所獲得的高斯過程模型的參數(shù)的后驗概率以及根據(jù)所述超參數(shù)O ^所獲得的高斯過程模型的參數(shù)的后驗概率，根據(jù)所述比較結(jié)果，判斷是否保留所述超參數(shù)O ; 若判斷為不保留所述超參數(shù)O，則使超參數(shù)％等于超參數(shù)0，并返回所述用隨機行走方法產(chǎn)生新的超參數(shù)O的步驟進行循環(huán)，直到判斷保留所述超參數(shù)0。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述采用貝葉斯回歸模型對所述洛侖茲模型的殘差進行擬合，得到第n次的電磁響應(yīng)曲線中的諧振區(qū)域之外的其余區(qū)域的貝葉斯回歸模型的擬合結(jié)果的步驟包括 根據(jù)所述保留的超參數(shù)O，計算貝葉斯回歸模型權(quán)重的后驗 p(W\W) = mW^\p{w) 則び2) p (w 11, O2) = N( u , var), 其中，所述中值估計U與方差var分別是 U = ((J)T (J) +O 2I) (J) Tt var = o 2(<J)T(J) + o 2I)-1, 其中，ct是二次多項式基方程，t是樣本值，O是超參數(shù)，代表噪聲方差；根據(jù)所述貝葉斯回歸模型權(quán)重的后驗、中值估計U以及方差var，計算新的樣本值的p(t」t，O2)、中值估計U *以及方差var* p(t*|t, o2) = f p (t*| w, o 2) Idwvar* =Cr2 +￠1 var^4 ； 根據(jù)所述中值估計U *和方差var*，獲得所述對洛侖茲模型的殘差的貝葉斯回歸模型的擬合結(jié)果。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述結(jié)合擬合得到的諧振區(qū)域的曲線和其余區(qū)域的曲線，進而得到人工電磁材料結(jié)構(gòu)單元電磁特性曲線的步驟包括將所述馬爾可夫鏈穩(wěn)定后第n次的洛侖茲模型的擬合結(jié)果加上第n次的貝葉斯回歸模型的擬合結(jié)果，得到擬合得到的諧振區(qū)域的曲線加上其余區(qū)域的曲線，所述擬合得到的諧振區(qū)域的曲線加上其余區(qū)域的曲線即為人工電磁材料結(jié)構(gòu)單元電磁特性曲線。
9.一種獲得人工電磁材料結(jié)構(gòu)單元電磁特性曲線的裝置，其特征在于，所述裝置包括 輸入模塊，用于輸入電磁響應(yīng)數(shù)據(jù)； 生成模塊，用于生成所述電磁響應(yīng)數(shù)據(jù)的電磁響應(yīng)曲線； 擬合模塊，用于分別對所述電磁響應(yīng)曲線中的諧振區(qū)域和諧振區(qū)域之外的其余區(qū)域進行擬合，得到分別對應(yīng)諧振區(qū)域的曲線和其余區(qū)域的曲線； 電磁特性曲線獲得模塊，用于結(jié)合所述擬合得到的諧振區(qū)域的曲線和其余區(qū)域的曲線，進而得到人工電磁材料結(jié)構(gòu)單元電磁特性曲線。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述擬合模塊具體用于采用洛侖茲模型和貝葉斯回歸模型分別對電磁響應(yīng)曲線中的諧振區(qū)域和諧振區(qū)域之外的其余區(qū)域進行擬合，得到分別對應(yīng)諧振區(qū)域的曲線和其余區(qū)域的曲線。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種獲得人工電磁材料結(jié)構(gòu)單元電磁特性曲線的方法及其裝置，所述方法包括輸入電磁響應(yīng)數(shù)據(jù)；生成所述電磁響應(yīng)數(shù)據(jù)的電磁響應(yīng)曲線；分別對所述電磁響應(yīng)曲線中的諧振區(qū)域和諧振區(qū)域之外的其余區(qū)域進行擬合，得到分別對應(yīng)諧振區(qū)域的曲線和其余區(qū)域的曲線；結(jié)合所述擬合得到的諧振區(qū)域的曲線和其余區(qū)域的曲線，進而得到人工電磁材料結(jié)構(gòu)單元電磁特性曲線。通過上述方式，本發(fā)明能夠?qū)θ斯る姶挪牧辖Y(jié)構(gòu)單元電磁響應(yīng)曲線進行較好的擬合。
文檔編號G06F17/50GK102654889SQ201210112739
公開日2012年9月5日 申請日期2012年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月17日
發(fā)明者劉斌, 劉若鵬, 季春霖, 王睿 申請人:深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司