[发明专利]基于多层极限学习机的微波天线物理参数设计方法和系统

说明书

本发明公开了一种基于多层极限学习机的微波天线物理参数设计方法和系统，其中设计方法包括：构建带标签的第一样本集和不带标签的第二样本集；构建微波天线物理参数设计网络，该网络由K层极限学习机和高斯模型级联组成，输入为S曲线采样值，输出为天线物理参数的设计值；采用第二样本集对设计网络前K‑1层极限学习机进行无监督训练；采用第一样本集对设计网络第K层极限学习机和高斯模型进行训练；如果训练后的网络误差值大于预设的误差阈值，采用PSO算法对第K层极限学习机和高斯模型参数进行精调；将待设计微波天线设计指标输入训练好的设计网络，其输出即为微波天线物理参数的设计值。该方法能够根据设计指标来获取天线物理参数，实现微波天线的设计。

技术领域

本发明属于微波天线设计领域，具体涉及一种基于多层极限学习机的微波天线物理参数设计方法和系统。

背景技术

在微波领域中，对具有大量不连续性、不可求导等特点的复杂结构天线进行优化设计时，很难用具体表达式描述设计变量与目标函数之间的关系，即很难能够找到对应的麦克斯韦方程组和边界条件进行精确求解。一般需要借助数值仿真计算或全波电磁仿真软件来建立这种复杂映射。但仿真软件计算量、存储量和仿真时间与其计算精度成正比，若需得到相对精确的计算结果，需要大量的计算时间，且无法根据频段需求反推天线尺寸，大多根据经验值对天线物理参数进行调试，无法获取较好的设计效果。

发明内容

发明目的：本发明提供一种基于多层极限学习机的微波天线物理参数设计方法和系统，能够根据待设计微波天线工作频段范围内的S曲线幅值设计指标来获取天线物理参数，从而实现微波天线的设计。

技术方案：本发明一方面公开了一种基于多层极限学习机的微波天线物理参数设计方法，包括：

S1、根据待设计微波天线工作频段范围和采样步长计算采样频点f_i，i＝1,2,…,N，N为采样点个数；

采用仿真软件获取不同天线物理参数下各频点处的S曲线幅值，构建第一样本集TrainSet1＝{X₁,X₂,…,X_M}，其中M为第一样本集样本总数，第m个样本X_m为：X_m＝[S_m,Y_m]，Y_m为p维天线物理参数，作为样本标签，S_m为天线物理参数为Y_m的微波天线S曲线上在采样频点f_i处的采样值构成的N维向量，m＝1,2,…,M；

构建第二样本集TrainSet2＝{Z₁,Z₂,…,Z_W}，其中W为第二样本集样本总数，第w个样本Z_w为N维向量：Z_w＝[z_1,w,z_2,w,…,z_N,w]，为待设计微波天线在频点f_i处的S曲线幅值设计指标；Δs_i,w为频点f_i处的波动幅值，且频点f_i处不同样本的波动幅值按随机分布方式分布；w＝1,2,…,W；

S2、构建基于多层极限学习机的微波天线物理参数设计网络，所述微波天线物理参数设计网络由K层极限学习机和高斯模型级联组成；其中第一层极限学习机的输入层节点为N个，输入为S曲线上在采样频点f_i处的采样值构成的N维向量，第K层极限学习机的输出与高斯模型的输入连接，高斯模型的输出为p维天线物理参数的设计值；

S3、采用第二样本集对所述微波天线物理参数设计网络中的第一层到第K-1层极限学习机进行无监督训练，训练输入层与隐含层间的权重和偏置；

S4、采用第一样本集对所述微波天线物理参数设计网络中的第K层极限学习机和高斯模型进行训练，训练第K层极限学习机输入层与隐含层间的权重和偏置、高斯模型内核的超参数；