[发明专利]一种生成人造微结构参数的方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及超材料领域，特别涉及一种生成人造微结构参数的方法。

【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，由于人造微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电磁响应函数，无法实现精确的建模，造成了超材料自动化设计的瓶颈。

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微结构，每个由微结构所组成的单元结构都可以由一个参数组来定义，每个参数组包含多个属性参数，例如单元微结构的长、宽、高、厚度、介电常数、材料材质等。其电磁响应参数是多维的，每改变一个属性参数Pi都将改变其最终的电磁响应函数，如何寻找最佳的人造微结构属性参数，使它的电磁响应函数符合超材料的目标电磁响应函数，是全球科研人员一直在努力探索的。

传统的超材料单元结构体设计方法是，通过手动逐一改变人造微结构属性参数，测试某一频率的电磁波通过该人造微结构后的电磁响应函数，并与目标电磁响应函数进行对比，如此不断循环，最终找到与目标电磁响应函数最为相近的人造微结构属性参数。由图1可以看出，对于每个人造微结构，调整其属性参数是一项非常耗时的步骤，为了达到超材料设计的超高要求和特殊的电磁响应函数，人造微结构参数的微调单位可能达到毫米级，甚至微米级、纳米级，同时每个超材料可能包括上万甚至上亿个这样的人造微结构，其工作量可想而知。

传统的超材料设计方法对人力、物力、时间都有极大的要求，如何缩短时间对提高超材料设计效率有着至关重要的作用。

【发明内容】

本发明针对现有技术效率低下，只能通过手动设计的缺陷，提供了一种可以进行高效的生成超材料人造微结构参数的方法。

本发明提供一种生成人造微结构参数的方法，人造微结构由参数组来定义，方法包括以下步骤：

S1：生成一个均值和方差分别是μ_t和∑_t的正态分布函数，并在正态分布函数中，使用多元正态随机数函数生成N个参数组X₁，X₂，......，X_N，其中μ_t和∑_t的初始值为预先设定，t为迭代次数；

S2：分别计算N个参数组对应的人造微结构的电磁响应函数与预先设置的目标电磁响应函数的距离D₁，D₂，......，D_N；

S3：将距离进行排序并从最小的距离开始取Nel个距离，并根据前Nel个参数组更新均值μ_t+1和方差∑_t+1，其中，Nel为小于N的自然数；

S4：判断距离D_i是否满足预先设置的循环条件，若否，则获取Nel个距离对应的人造微结构的电磁响应函数，循环结束，其中，Nel个距离包括距离D_i，i的值为预先设定。

在本发明生成人造微结构参数的方法中，循环条件包括：

迭代次数t小于常数C，常数C为预设的大于2的自然数；或者

选取最小距离D_min，1≤min≤N，最小距离D_i大于ζ，ζ的值为预先设定。

在本发明生成人造微结构参数的方法中，判断最小的距离是否满足预先设置的循环条件的步骤之后还包括：

若是，则将更新的均值μ_t+1和方差∑_t+1代入S1进行下一轮循环计算，直至循环结束。

在本发明生成人造微结构参数的方法中，Nel等于分位数ρ乘以参数组数N。

在本发明生成人造微结构参数的方法中，根据前Nel个参数组更新均值μ_t+1和方差∑_t+1的公式为：