专利名称：一种超材料仿真数据处理方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及超材料领域，尤其涉及一种超材料仿真数据处理方法和装置。
背景技术：
超材料技术是一个前沿性交叉科技，其设计的技术领域包括了电磁、微波、太赫兹、光子、先进的工程设计体系、通信、半导体等范畴。其核心思想是利用复杂的人造微结构设计与加工实现人造“原子”以对电磁场或者声纳进行响应。其核心理论是描述电磁波轨迹与超材料特性的变形光学。该技术的一大核心难点在于如何建模设计成千上万个相互不同的人造微结构并按照合理的排布组成一个具有特殊功能性的超材料器件。这对建模、计算、理论分析、设计、调试都带来了极大的困难。在超材料设计领域，由于超材料单元结构的复杂响应和实验设计采样点有限，故传统参数模型难以拟合其响应曲面，无法实现精确的建模，造成了超材料自动化设计的瓶颈。超材料包括片状的基板和设置在基板上的多个人造微结构。而人造微结构是由金属丝组成的平面结构或立体结构，附着在基板上。通常会人为地将超材料划分为多个超材料单元，这里的超材料单元只是一种虚拟的划分，实际并不存在。由于超材料所提供的特殊功能，这都是取决于它异常复杂的单元结构，一种超材料可能包含多个结构参数Pi,其电磁响应参数同样是多维，每改变一个结构参数Pi都将改变其最终的电磁响应特性，如何寻找超材料单元的最佳结构参数，使它的电磁响应特性符合超材料的电磁响应的目标特性，是全球科研人员一直在努力探索的。因而，在超材料的设计阶段，所建立的单元结构模型需要用CST仿真软件进行大量的数据仿真工作来得到所设计模型的一些物理性质。仿真完成之后，将会得到超材料的一系列参数，对这些参数要进行大量的数据处理工作，来获取超材料的特性。如果由人工来完成，这将是一个十分庞大的工程。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种超材料仿真数据处理方法和装置，可以实现超材料仿真数据的自动处理，提高数据处理的效率。为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种超材料仿真数据处理方法，该方法包括:通过仿真算法获得N个转移样本，所述转移样本中包括表征超材料单元的结构参数，N为自然数；获得所述N个转移样本所表示的超材料单元的电磁响应特性分别与目标样本所表示的超材料单元的电磁响应特性相比的距离值；对获得的N个距离值进行希尔排序，获得排序中距离值小的η个距离值所对应的转移样本，将所述η个距离值所对应的转移样本作为设计样本，η为小于N的自然数。
相应地，本发明实施例还提供了 一种超材料仿真数据处理装置，该装置包括:仿真单元，用于通过仿真算法获得N个转移样本，所述转移样本中包括表征超材料单元的结构参数，N为自然数；距离计算单元，用于获得所述N个转移样本所表示的超材料单元的电磁响应特性分别与目标样本所表示的超材料单元的电磁响应特性相比的距离值；排序单元，用于对获得的N个距离值进行希尔排序，获得排序中距离值小的η个距离值所对应的转移样本，η为小于N的自然数；目标单元，用于将所述η个距离值所对应的转移样本作为设计样本。在本发明实施例中，采用高效的自动排序算法对仿真数据进行后续处理，可以快速自动的将符合设计要求的设计样本提取出来，提高了数据筛选的效率，即提高了超材料仿真设计阶段的自动化程度。同时，在通过排序算法后，仅提取排序好的样本中的部分样本，实现了通过过滤最接近目标样本的转移样本来确定最终的设计样本，即采用了样本滤波的方式查找最优的单元结构设计参数，极大的提高了超材料设计的效率。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本发明实施例中的超材料仿真数据处理方法的一个具体流程示意图；图2是本发明实施例中的超材料仿真数据处理装置的一个具体组成示意图；图3是本发明实施例中的仿真单元的一个具体组成示意图；图4是本发明实施例中的目标单元的一个具体组成示意图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明实施例中提出利用希尔排序法对仿真数据进行处理，大大提高了数据处理的速度和准确率，降低人力资源成本，从而加快超材料的设计过程。在获取仿真数据之后，可以将这些数据一次性读入内存(仿真结果大小一般不超过2G，因此可一次性读入)，然后进行排序，最后将排序好的文件保存到硬盘中，以供后续处理时使用。如图1所示，为本发明实施例中的超材料仿真数据处理方法的实现流程。该流程包括如下步骤。101、通过仿真算法获得N个转移样本，所述转移样本中包括表征超材料单元的结构参数，N为自然数。本步骤具体可为:Α、获得超材料单元的初始样本,并以所述初始样本为母本,所述初始样本包括表征超材料单元的结构的多个结构参数。如，定义超材料单元设计涉及d个结构参数,分别是P1, P2,…，Pd，将所有的结构参数封装入一个样本Xi中，将样本Xi表示为包括P1, P2,…，Pd的数组。在不同的超材料单元的设计中，结构参数P1, P2,…，Pd可以根据具体的材料特性和设计需求进行确定，如，对于超材料单元为长方体或者平板状的结构，则结构参数可包括:长方体的长、宽、高等参数。这里的超材料单元仅为了描述或者设计的方便做的虚拟划分，实际的超材料是完整的平板状或者长方体(具体的形状依据实际需求来定)，超材料包括基板，基板上附着阵列排布的人造微结构，而每一人造微结构是附着在虚拟划分的超材料单元上，当然每一超材料单元上也可以附着多个人造微结构，这都是依据实际的需求来设计的，本发明对此不作限制。当然，该初始样本值可以是预先设定的；也可以先通过粒子群算法得到N个粒子样本，并以所述N个粒子样本为母本。B、改变所述母本中的一个或多个结构参数值，获得N个转移样本，N为自然数。在上述过程中可以按照转移函数来改变母本的结构参数值，获得N个转移样本，所述转移函数定义如下:
权利要求
1.一种超材料仿真数据处理方法，其特征在于，所述方法包括: 通过仿真算法获得N个转移样本，所述转移样本中包括表征超材料单元的结构参数，N为自然数； 获得所述N个转移样本所表示的超材料单元的电磁响应特性分别与目标样本所表示的超材料单元的电磁响应特性相比的距离值； 对获得的N个距离值进行希尔排序，获得排序中距离值小的η个距离值所对应的转移样本，将所述η个距离值所对应的转移样本作为设计样本，η为小于N的自然数。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过仿真算法获得N个转移样本包括: 获得超材料单元的初始样本，并以所述初始样本为母本，所述初始样本包括表征超材料单元的结构的多个结构参数； 改变所述母本中的一个或多个结构参数值，获得N个转移样本，N为自然数。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将所述η个距离值所对应的转移样本作为设计样本包括: 判断所述η个距离值所对应的转移样本是否有符合目标样本的设计要求的样本，若有，则确定该符合目标样本的设计要求的样本为设计样本，否则，以所述η个距离值所对应的转移样本中的一个或多个为母本，重复之前的步骤，直到确定符合目标样本的设计要求的样本为设计样本。
4.如权利要求3所述的方法， 其特征在于，所述改变所述母本中的一个或多个结构参数值，获得N个转移样本，N为自然数包括: 按照转移函数改变母本的结构参数值，获得N个转移样本，所述转移函数定义如下: =I randn | (ppbset ~x\)+\ Randn | (pgbset-χ\) Κ,=Κ+Κ,' W ⑶ 其中，X丨表示第i个母本，表示第i个母本的第j个转移样本，Ppbsrt表示当前母本所获得的转移样本中最接近目标样本的样本,Pgbsrt表示所有母本所获得的转移样本中最接近目标样本的样本，randn和| Randn |是根据正高斯分布产生的随机数。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述获得所述N个转移样本所表示的超材料单元的电磁响应特性分别与目标样本所表示的超材料单元的电磁响应特性相比的距离值包括: 按照适应度函数获得转移样本所表示的超材料单元的电磁响应特性与目标样本所表示的超材料单元的电磁响应特性相比的距离，所述适应度函数定义如下: Tltness = exp[--^-(z ew -Zpred)] 其中，Rk是量测噪声方差，Znew是转移样本所表示的超材料单元的电磁响应特性的量测值；zpMd是目标样本所表示的超材料单元的电磁响应特性的预测量测值。
6.一种超材料仿真数据处理装置，其特征在于，所述装置包括: 仿真单元，用于通过仿真算法获得N个转移样本，所述转移样本中包括表征超材料单元的结构参数，N为自然数； 距离计算单元，用于获得所述N个转移样本所表示的超材料单元的电磁响应特性分别与目标样本所表示的超材料单元的电磁响应特性相比的距离值； 排序单元，用于对获得的N个距离值进行希尔排序，获得排序中距离值小的η个距离值所对应的转移样本，η为小于N的自然数； 目标单元，用于将所述η个距离值所对应的转移样本作为设计样本。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述仿真单元包括: 初始样本子单元，用于获得超材料单元的初始样本，并以所述初始样本为母本，所述初始样本包括表征超材料单元的结构的多个结构参数； 转移样本子单元，用于改变所述母本中的一个或多个结构参数值，获得N个转移样本，N为自然数。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述目标单元包括: 判断子单元，用于判断所述η个距离值所对应的转移样本是否有符合目标样本的设计要求的样本； 确定子单元，用于当判断子单元的判断结果为是时，确定该符合目标样本的设计要求的样本为设计样本，当判断子单元的判断结果为否时，则以所述η个距离值所对应的转移样本中的一个或多个为母本，重复之前的步骤，直到确定符合目标样本的设计要求的样本为设计样本。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述转移样本子单元还用于按照转移函数改变母本的结构参数值，获得N个转移样本，所述转移函数定义如下:
10.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述距离计算单元还用于按照适应度函数获得转移样本所表示的超材料单元的电磁响应特性与目标样本所表示的超材料单元的电磁响应特性相比的距离，所述适应度函数定义如下:
全文摘要
本发明实施例公开了一种超材料仿真数据处理方法和装置，该方法包括通过仿真算法获得N个转移样本，所述转移样本中包括表征超材料单元的结构参数，N为自然数；获得所述N个转移样本所表示的超材料单元的电磁响应特性分别与目标样本所表示的超材料单元的电磁响应特性相比的距离值；对获得的N个距离值进行希尔排序，获得排序中距离值小的n个距离值所对应的转移样本，将所述n个距离值所对应的转移样本作为设计样本，n为小于N的自然数。采用本发明，可以实现超材料仿真数据的自动处理，提高数据处理的效率。
文档编号G06F17/50GK103164549SQ201110411010
公开日2013年6月19日 申请日期2011年12月12日 优先权日2011年12月12日
发明者刘若鹏, 季春霖, 刘斌 申请人:深圳光启高等理工研究院