[发明专利]一种基于量子粒子群优化的建筑材料复介电常数提取方法

说明书

本发明涉及微波领域，特别涉及一种基于量子粒子群优化的建筑材料复介电常数提取方法，包括：获取实际测量的反射系数、透射系数和理论计算的反射系数、透射系数；初始化复介电常数，并计算适应度函数；更新全局最优值和个体最优值，并计算平均粒子最优位置；基于粒子群算法，计算吸引点并将吸引点建立在δ势阱上，构建量子粒子群优化模型；对实测数据和理论数据进行曲线拟合，通过个体平均最优值与粒子当前位置，计算出δ势阱的特征长度；根据δ势阱的特征长度和吸引点更新粒子位置，并更新全局最优值和个体最优值，输出适应度函数最小时匹配的复介电常数；本发明方法简单高效，精度高，可以极大地提高提取建筑材料复介电常数的效率。

技术领域

本发明涉及微波领域，特别涉及一种基于量子粒子群优化的建筑材料复介电常数提取方法。

背景技术

目前，6GHz以下的黄金通信频段，已经很难得到较宽的连续频谱，严重制约了通信产业的发展。相比之下，毫米波频段却仍有大量潜在的未被充分利用的频谱资源。因此，毫米波成为第5代移动通信的研究热点。

然而，毫米波通信系统的许多重要方面还没有得到彻底的研究。对于5G移动通信系统的建设而言，毫米波频段下的室内电波传播是个关键问题。室内外的传播环境大不相同，室外无线通信主要受到天气情况、地形植被和街道建筑的影响，室内无线通信则主要受到房屋结构、室内布局和家具电器的影响，构建室内电磁环境模型需要充分考虑到电磁波在室内环境下的传播特性。室内建筑墙面主要包括混泥土、木材、瓷砖等，而室内障碍物、家具电器不但包括以上材料，还会有金属、塑料等复合材料。不同的材料会对电波传播产生不同影响，不同频率的电磁波在遇到相同材料时，电磁波的传播特性也存在较大差异。而复介电常数作为介质的物理量，其表征了介质对电磁波的影响：复介电常数实部，与静态电场中相对介电常数相同，表现表现储存电荷的能力，通过影响传播波的电场来改变波阻抗；虚部ε”与能量散射的各种吸收密切相关，为介质的损耗因子。因此，精准获得建筑材料的复介电常数，对于预测未来5G室内电磁特性有着重要意义。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种基于量子粒子群的建筑材料复介电常数提取方法，该方法在毫米波频段下，利用量子粒子群优化算法对实测数据和理论数据进行曲线拟合，从而提取被测建筑材料的复介电常数，具体包括以下步骤：

S1：在毫米波频段，利用自由空间法测得建筑材料的反射系数和透射系数的实际值；

S2：设定种群规模T、迭代次数的上限M以及复介电常数中实部的相对介电常数范围和虚部的电导率σ范围，根据菲尼尔反射定理计算得到反射系数和透射系数的理论值；

S3：初始化复介电常数，并计算适应度函数Fitness；

S4：更新全局最优值Gbest_ij和个体最优值Pbest_ij，并计算平均粒子最优位置；

S5：基于粒子群算法，计算吸引点P_ij并将吸引点P_ij建立在δ势阱上，构建量子粒子群优化模型；

S6：对实测数据和理论数据进行曲线拟合，通过个体平均最优值Mbest_ij与粒子当前位置X_ij，计算出δ势阱的特征长度L；

S7：根据δ势阱的特征长度L和吸引点P_ij更新粒子位置X_ij，并更新全局最优值Gbest_ij和个体最优值Pbest_ij；

S8：判断是否超出种群规模T且超过迭代次数的上限M，若是则输出适应度函数Fitness最小时匹配的复介电常数，否则返回步S5。