[发明专利]基于双目标模拟退火算法及非劣分层的通信电缆绞合节距优化方法

权利要求书

1.一种基于双目标模拟退火算法及非劣分层的通信电缆绞合节距优化方法，其特征在于：在初始化通信电缆设计参数的基础上，设计了通信电缆导体用量和近端串音衰减两个优化目标函数，并结合双目标模拟退火算法和非劣分层思想获取绞合节距的可行解集。

2.根据权利要求1所述的一种基于双目标模拟退火算法及非劣分层的通信电缆绞合节距优化方法，其特征在于：设计了通信电缆导体用量的优化目标函数，导体用量的计算公式为：

式中，d为单根导体直径，为导体密度，n为导体绞合对数，为绞入系数。

3.根据权利要求1所述的一种基于双目标模拟退火算法及非劣分层的通信电缆绞合节距优化方法，其特征在于：通信电缆近端串音衰减的优化目标函数，近端串音衰减的计算公式为：

式中Z为它们的特性阻抗，Y为串音耦合矢量。

4.根据权利要求1所述的一种基于双目标模拟退火算法及非劣分层的通信电缆绞合节距优化方法，其特征在于：双目标模拟退火算法的具体步骤如下：

步骤一：优化参数设定，设定初始温度T，衰减因子c，终止温度，

步骤二：随机生成规模为m的初始解集，即，第一代当前解集：

，

，，其中i为迭代次数，j为解集中各解向量的编号，n为通信电缆中待优化的导体绞合对数；

步骤三：构造邻域解集，邻域解集通过交叉和变异产生，

其中交叉是指由当前解集，随机选择并构成m/2对解向量，任意交叉各对解向量中20%的元素，

其中变异是指随机选择当前解集，并对各解向量中8%的元素进行变异；

步骤四：产生新解集，新解集规模仍为m，新解集由两部分组成：

1）第一部分：对邻域解集与当前解集与当前解集进行非劣分层，选取属于第一非劣层的解向量构建新解集；

2）第二部分：如果新解集规模小于m，则计算邻域解集中除第一非劣解向量外的解向量的内能增量：

（9）

式中，和分别为第i次迭代第一非劣解的目标函数导体用量W和近端串音衰减N的平均值，若，则根据Metropolis准则，计算接受概率P，当P大于或小于在0到1之间的随机数，则表示不接收或接收，P的计算公式如下：

（10）

式中，T为当前温度值；

步骤五：判断终止条件，满足则结束程序，新解集中的第一非劣解集即为可行解集；否则，按更新温度值T，转步骤三。

5.一种基于双目标模拟退火算法及非劣分层的通信电缆绞合节距优化方法，其特征在于：

技术方案主要包含以下内容：

一、通信电缆设计参数初始化

优化对象是通信电缆的绞合节距，选取通信电缆的长度为L，直径为D，线对数为n，通信电缆中各线对的排列方式根据行业标准进行排列，由已确定通信电缆的长度、直径和排列方式参数确定通信电缆的等效常数、相对导磁系数及耦合频率F等参数；

二、设计优化目标函数

导体用量

绞合节距与导体用量的关系如下：

（1）

式中，d为单根导体直径，为导体密度，n为导体绞合根数，为绞入系数，绞入系数是在一个节距中，展开的单线长度与节距长度h之比，

近端串音衰减

近端串音衰减的计算公式如下：

（2）

式中Z为它们的特性阻抗，Y为近端串音耦合矢量，近端串音耦合矢量的计算公式为：

，（3）

其中，，，

式中，，，为通信电缆的等效介质常数，为通信电缆的相对导磁系数，（）为主被串线对间存在的其它导线的屏蔽作用所需的修正系数，修正系数同主/被串线对的距离有关，即当主/被串线对间不存在其它导线时，=1；而当存在许多导线时，→0，为线对中心到导线中心的距离，为导线半径，为线芯i与线芯j之间的距离，1和2为对绞线对a，3和4为对绞线对b，为主被串线对的传播常数，为沿通信电缆轴端的距离，

和的计算公式如下所示：

（4）

（5）

式中，，为不含的常数，其数值可忽略，为线对a的中心与线对b的中心之间的距离，为线对a的镜像中心与线对b的中心之间的距离，为的空间波动周期，为的空间波动周期，和的计算公式如下：

（6）

（7）

式中，和为线对a和线对b在时绞入单位层时的旋转角，和的计算公式如下：

，（8）

式中分别为线对a与线对b的绞合节距；

三、非劣解集

对于解集中任意一个解向量，在该解集中不存在解向量可同时满足（1）；（2），或；

四、双目标模拟退火算法

步骤一：优化参数设定，设定初始温度T，衰减因子c，终止温度，

步骤二：随机生成规模为m的初始解集，即，第一代当前解集：

，

，，其中i为迭代次数，j为解集中各解向量的编号，n为通信电缆中待优化的导体绞合对数；

步骤三：构造邻域解集，邻域解集通过交叉和变异产生，

其中交叉是指由当前解集，随机选择并构成m/2对解向量，任意交叉各对解向量中20%的元素，

其中变异是指随机选择当前解集，并对各解向量中8%的元素进行变异；

步骤四：产生新解集，新解集规模仍为m，新解集由两部分组成：

1）第一部分：对邻域解集与当前解集与当前解集进行非劣分层，选取属于第一非劣层的解向量构建新解集；

2）第二部分：如果新解集规模小于m，则计算邻域解集中除第一非劣解向量外的解向量的内能增量：

（9）

式中，和分别为第i次迭代第一非劣解的目标函数导体用量W和近端串音衰减N的平均值，若，则根据Metropolis准则，计算接受概率P，当P大于或小于在0到1之间的随机数，则表示不接收或接收，P的计算公式如下：

（10）

式中，T为当前温度值；

步骤五：判断终止条件，满足则结束程序，新解集中的第一非劣解集即为可行解集；否则，按更新温度值T，转步骤三。