采用粒子群算法的频率选择表面优化设计

doi:10.3969/j.issn.0372-2112.2013.03.031

电子学报 ›› 2013, Vol. 41 ›› Issue (3): 603-608.DOI: 10.3969/j.issn.0372-2112.2013.03.031

采用粒子群算法的频率选择表面优化设计

张波, 薛正辉, 任武, 李伟明, 盛新庆

北京理工大学信息与电子学院, 北京 100080

收稿日期:2011-04-25 修回日期:2011-12-03 出版日期:2013-03-25 发布日期:2013-03-25
通讯作者: 薛正辉 男,1970年生于上海,现为北京理工大学电子工程系副教授,主要研究方向为计算电磁学、微波毫米波天线及其测试技术、电磁兼容及微波毫米波技术. E-mail:zhxue@bit.edu.cn
作者简介:张波 男,1984年生于河南.现于北京理工大学信息与电子学院攻读博士学位,主要研究方向为GPU加速FDTD运算及频率选择表面设计. E-mail:samurai@bit.edu.cn; 薛正辉 男,1970年生于上海,现为北京理工大学电子工程系副教授,主要研究方向为计算电磁学、微波毫米波天线及其测试技术、电磁兼容及微波毫米波技术. E-mail:zhxue@bit.edu.cn;任武 男,1976生于山西,现为北京理工大学电子工程系副教授,从事计算电磁学,特殊媒质和电磁兼容方面的有关研究. E-mail:renwu@bit.edu.cn
基金资助:
国家部委预研基金项目(No.9140A16090211BQ0141,No.9140A33020511BQ0151)

Particle Swarm Optimization of Frequency Selective Surface

ZHANG Bo, XUE Zheng-hui, REN Wu, LI Wei-ming, SHENG Xin-qing

School of Information and Electronics, Beijing Institute of Technology, Beijing 100080, China

Received:2011-04-25 Revised:2011-12-03 Online:2013-03-25 Published:2013-03-25

摘要/Abstract

摘要： 粒子群优化算法作为优秀的群体智能算法之一,已经被广泛应用于电磁优化问题中.通过与时域有限差分(FDTD)算法相结合,粒子群优化算法被运用于频率选择表面的优化设计.在此过程中,通过使用图形处理器(GPU)加速技术将FDTD算法速度提高近100倍,配合FDTD的宽频特性显著加速了优化过程.在此基础上,针对给定单元结构以及未知单元结构两种频率选择表面设计情况,分别采用带惯性权重的粒子群优化算法以及二进制离散粒子群优化算法进行优化.提出的两种优化流程在算例中得到验证与分析,证明了其可行性及高效性.

关键词: 频率选择表面, 粒子群算法, FDTD, GPU加速

Abstract: Particle swarm optimization (PSO) hasbeen successfully applied in the design andoptimization of electromagnetic structures.Combined with finite-difference time-domain (FDTD) technique,PSO algorithm was applied in the design of frequencyselective surfaces.Through theuse of graphics processing unit (GPU) acceleration,the FDTD program achieves about 100 times speedup while preserving the broad-band nature of the algorithm.Standard PSO and binary PSO algorithms were implemented to deal with known cell structure and unknown cell structure optimization respectively.The feasibility and efficiency of the proposed optimization scheme areverified by numerical results.

Key words: frequency selective surface, PSO, FDTD, GPU acceleratio

中图分类号:

TN012

张波, 薛正辉, 任武, 李伟明, 盛新庆. 采用粒子群算法的频率选择表面优化设计[J]. 电子学报, 2013, 41(3): 603-608.

ZHANG Bo, XUE Zheng-hui, REN Wu, LI Wei-ming, SHENG Xin-qing. Particle Swarm Optimization of Frequency Selective Surface[J]. Acta Electronica Sinica, 2013, 41(3): 603-608.

参考文献

[1] 阮颖铮,冯林,韩晓英.选频反射面隐身天线研究[J].电子学报,1993,21(9):91-93. Ruan Yingzheng,Feng Ling,Han Xiaoying.FSS reflector antennas with small RCS[J].Acta Electronica Sinica,1993,21(9):91-93.(in Chinese)
[2] 冯林.低RCS雷达天线技术的研究和应用[J].电子学报,1995,23(10):164-168. Feng Lin.Research and applications of low RCS radar antenna system[J].Acta Electronica Sinica,1995,23(10):164-168.(in Chinese)
[3] Genovesi S,Mittra R,Monorchio A,et al.Particle swarm optimization for the design of frequency Selective surfaces[J].Antennas and Wireless Propagation Letters,IEEE,2006,5(1):277-279.
[4] 刘荧,毛钧杰,姚德淼.时域有限差分法分析平面周期性结构电磁特性[J].电子学报,2000,28(9):84,99-101. LIU Ying,MAO Jun jie,YAO De miao.The analysis of the electromagnetic characteristics of planar periodic structures using FDTD method[J].Acta Electronica Sinica,2000,28(9):84,99-101.(in Chinese)
[5] Kennedy J,Eberhart R.Particle swarm optimization [A].1995 IEEE International Conference on Neural Networks:Proceedings [C].New Jersey:Piscataway,1995.1942-1948.
[6] Shi Y,Eberhart R.A modified particle swarm optimizer [A].1998 IEEE International Conference on Evolutionary Computation Proceedings:IEEE World Congress on Computational Intelligence [C].New Jersey:Piscataway,1998.69-73.
[7] Shi Y,Eberhart R.C.Empirical study of particle swarm optimization [A].CEC 99:Proceedings of the 1999 Congress on Evolutionary Computation [C].New Jersey:Piscataway,1999.1945-1950.
[8] J Kennedy,R Eberhart.A discrete binary version of the particle swarm algorithm [A].1997 IEEE International Conference on Systems,Man,and Cybernetics [C].New Jersey:Piscataway,1997.4104-4108.
[9] Aminian A,Rahmat-Samii Y.Spectral FDTD:A novel computational technique for the analysis of periodic structures [A].2004 IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium [C].New Jersey:Piscataway,2004.3139-3142.
[10] Aminian A,Rahmat-Samii Y.Spectral FDTD:A novel technique for the analysis of oblique incident plane wave on periodic structures[J].Antennas and Propagation,IEEE Transactions on,2006,54(6):1818-1825.

[1]	周泓岑, 白恒, 才振功, 蔡亮, 顾静, 汤志敏. 基于LSTM和GRNN的容器配额优化算法[J]. 电子学报, 2022, 50(2): 366-373.
[2]	程开, 黄贤俊, 梁圆龙, 徐延林, 田涛, 刘继斌, 刘培国. 基于增材工艺的柔性带通频率选择表面[J]. 电子学报, 2021, 49(6): 1204-1209.
[3]	孙全明, 曲志坚, 任崇广. 基于粒子群优化和LightGBM的情景感知多式联运推荐[J]. 电子学报, 2021, 49(5): 894-903.
[4]	周熙炜, 汪贵平, 王会峰, 尚宵. 车-路协同电动汽车动态无线充电的路权调度控制[J]. 电子学报, 2021, 49(5): 904-911.
[5]	郝诗雅, 杨媛媛, 董怡靖, 赵晓旭, 陈嘉兴. 水声传感器网络中粒子群与蒙特卡罗优化的移动定位算法[J]. 电子学报, 2021, 49(2): 292-299.
[6]	王毅, 李晓梦, 耿国华, 周琳, 段焱中. 基于直觉模糊熵的混合粒子群优化算法[J]. 电子学报, 2021, 49(12): 2381-2389.
[7]	陈健瑞, 王景璟, 侯向往, 方政儒, 杜军, 任勇. 挺进深蓝：从单体仿生到群体智能[J]. 电子学报, 2021, 49(12): 2458-2467.
[8]	郝少伟, 李勇军, 赵尚弘, 王蔚龙, 王星宇. 基于改进粒子群算法的多载波NOMA功率分配策略[J]. 电子学报, 2020, 48(10): 2009-2016.
[9]	彭宇飞, 秦臻, 陈弹蛋, 刘平, 李天涛, 向军, 赵伟, 陈欣, 杨洁, 黄刚, 李建北, 龙继东, 石金水. 热阴极逸出功非均匀性对本征发射度的影响[J]. 电子学报, 2019, 47(3): 643-648.
[10]	邓先礼, 魏波, 曾辉, 桂凌, 夏学文. 基于多种群的自适应迁移PSO算法[J]. 电子学报, 2018, 46(8): 1858-1865.
[11]	贺利芳, 曹莉, 张刚, 易甜. 基于幂函数型随机共振的微弱信号恢复[J]. 电子学报, 2018, 46(8): 1906-1914.
[12]	俞海珍, 汪鹏君, 张会红, 万凯. 基于三值多样性粒子群算法的MPRM电路综合优化[J]. 电子学报, 2017, 45(7): 1601-1607.
[13]	李媛祯, 杨群, 赖尚琦, 李博涵. 一种Hadoop Yarn的资源调度方法研究[J]. 电子学报, 2016, 44(5): 1017-1024.
[14]	夏学文, 桂凌, 戴志锋, 谢承旺, 魏波. 基于多尺度选择性学习和探测-收缩机制的PSO算法[J]. 电子学报, 2016, 44(5): 1090-1100.
[15]	符强, 汪鹏君, 童楠, 王铭波, 张会红. 基于多策略离散粒子群算法的MPRM电路延时与面积优化[J]. 电子学报, 2016, 44(5): 1202-1207.

采用粒子群算法的频率选择表面优化设计

Particle Swarm Optimization of Frequency Selective Surface

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics