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1、上海海事大学研究生创新基金资 助 项 目 申 请 书项目名称： 项目类型： 基础应用 申 请 者： 学号： 专 业： 所在学院： 联系电话： 电子邮箱： 攻读学位： 指导教师： 申请日期： 上海海事大学研究生院制一、简表研究项目名称中文英文主题词（最多五个）申请金额元起止年月 年 月 至 年 月申请者姓 名性别男专 业出生年月民族身份证号联系电话手机E-mail攻读学位硕士导师张友俊导师E-mail参与研究成员情况姓 名性别学 院专 业联系电话承担的研究任务摘要（300字为限） 将粒子群算法与空间映射算法相结合，提出了一种空间映射粒子群优化算法，并用于电磁问题的优化计算，算法实现过程中，将电磁
2、仿真计算中精确网格剖分的计算模型作为精确模型，将粗糙网格剖分计算模型作为粗糙模型，在粒子群算法中计算粒子适应度前，使用粗糙模型结合基于卡尔曼滤波的映射关系，估计出粒子是否对算法最优解更新有效，并对有效的部分粒子做适应度计算，可以很大程度上减少算法的计算耗时，通过型贴片天线和谐振腔缝隙天线的优化仿真说明了本算法的有效性成果形式（1）在国内核心期刊上发表论文1篇以上。（2）提供设计实物。二、项目设计论证1本项目的国内、外研究现状及趋势，研究本课题的意义和实践价值分析（附主要参考文献）空间映射算法（Space Mapping ）最早是在1993年由Bandler提出的,该方法应用在器件与系统建模以及
3、射频微波器件在电磁仿真软件中的优化上，一般的,电磁仿真模型作为精确模型,低精度的电磁仿真模型(网格少的模型)或等效电路模型作为粗糙模型。1994年Bandler提出了初始空间映射方法，该方法首先将精确模型和粗糙模型参量空间的映射关系假设为线性的,然后将两空间的参量数据构成线性方程组,通过最小二乘算法求解得到两空间参量的映射关系，由于初始空间映射方法需要大量预先准备好的精确仿真响应样本,这样还是较为繁琐与复杂的,并且由于假设了两空间设计参量为线性映射,不能解决非线性映射的情况，为了改善这个缺点,在1995年Bandler研究小组提出了主动空间映射方法在该方法中,每次精确模型的仿真不仅起到验证作用
4、,而且参与迭代过程促进优化加速迭代过程是由准牛顿步长决定的,优化当前替代模型。2000 年神经网络空间映射算法（Neural Space Mapping），2003 年神经网络逆空间映射算法（Neural Inverse Space Mapping）确保神经网络在模型设计中的可行性。 隐式空间映射算法是由Bandler研究小组在2004年提出来的。一系列辅助的参数(预先指定的参数如介电常数和介质板高度)被提取出来以用来进行粗糙模型和精确模型响应的匹配，用校准的粗糙模型(替代模型)优化得到下一次精确模型的迭代参量,隐式空间映射算法被认为是最简单,实际应用最方便的空间映射法。2003年国内最先研究
5、空间映射法的是香港中文大学的吴克利等发表过相关应用研究论文，2007年电子科技大学的邓建华博士对空间映射法进行了较为细致的研究,提出了一种新的空间映射方法特征元件空间映射方法,并且开发了空间映射优化系统软件，2009年西安电子科技大学的李刚博士的研究中开始涉及了空间映射在腔体滤波器中的应用，2010年以后西安电子科技大学的谢拥军教授及其有关学生一直对其进行详细的研究与运用，空间映射方法的研究在我国还未深入,还没能把它广泛应用。如何提高空间映射算法效率，并在结合不同的滤波器设计优化时节省巨大的时间和计算成本是今后研究的重点。粒子群优化算法（Particle Swarm Optimization）
6、PSO是一种群体智能优化计算方法，其思想来源于自然界中鸟类捕食，最早由美国的Kennedy和Eberhert教授于1994年提出的，PSO算法是求解域的直接迭代优化算法，且算法参数较少，易于实现，其一经提出就受到了众多学者的广泛关注。对于PSO算法，已经提出了多种改进粒子群算法来提高优化收敛速度，如根据群体适应度方差自适应变异的PSO、停滞检测的PSO算法、量子PSO算法、小波变异PSO算法。本文的研究意义与实践价值主要是粒子群算法是一种备受推崇的简单直接的智能优化算法。近些年，许多文献将粒子群及其改进算法用于优化电磁问题并取得了较好的效果，如采用小波变异粒子群算法优化直线天线阵列，使用PSO
7、算法优化倒L天线阵列，采用多目标粒子群算法优化平面螺旋天线等等。参考文献：1 J. W. Bandler, R. M. Biernacki, S. H. Chen, and Y. F. Huang. Design optimization of interdigital filters using aggressive space mapping and decomposition. J IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 1997,45(5):761-7692 M. H. Bakr, J. W. Bandler, and K. Madsen. Space m
8、apping optimization of microwave circuits exploiting surrogate models. J IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 2000,48(12): 2297-2306.3 J. W. Bandler, Q. S. Cheng, N. K. Nikolova, and M. A. Ismail. Implicit space mapping optimization exploiting preassigned parameters J. IEEE Trans. Microwave Theory Tec
9、h. 2004, 52(7): 378-3854 甘本袚,吴万春. 现代微波滤波器的结构与设计M. 北京:科学出版社, 1973.5 邢连发，雷振亚，谢拥军等. 新型高收敛隐式空间映射算法设计微波滤波器J.电子 与信息学报.2011，33(3):744-7486 Lei Zhang, Peter H. Aaen, and John Wood. Portable Space Mapping for Efficient Statistical Modeling of Passive Components J IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 2012,60(3)
10、: 441-4507 Sheng Tu, Q S. Cheng, and Yifan Zhang, etal. Space Mapping Optimization of Handset Antennas Exploiting Thin-Wire Models J IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 2013,61(7): 3797-38072. 本项目的研究内容、研究目标以及拟解决的关键问题（请结合需求分析书写）目标：研究一种新的空间映射粒子群算法的设计方法，使设计的周期大大缩短，从而为其他衍生的滤波器优化设计提供思路。内容：1.提出新的、具体的空间映射粒子
11、群算法的设计方法。2.探索基于空间隐射粒子群算法的改进。可行性分析：在微波电路方面积累了一定的理论基础和实际经验，并且对空间映射粒子群算法已经进行行了研究，（许多作者）已在国内外权威期刊上都已经发表了相关的文章，同时国内现有的研究、加工和测试条件完全可以达到研究所需的要求。关键问题：如何保证在粗糙模型中获取的提取参数的准确性，从而降低迭代次数，减少仿真时间。3完成本项目的可行性分析，包括主要论著、已完成的主要项目、已进行的研究情况和具有有的工作条件等申请者从事相关的理论和实际准备工作已经半年以上，已经掌握空间映射粒子群算法的设计流程，（图2所示），并已经开始了前期的研究工作。指导老师长期从事微
12、波电路的研究。先后完成国家自然科学基金、省科委自然科学基金等多项项目，并发表相关文章多篇1-7。导师近3年发表的主要论文有：1. （独著） “Dual-Mode Trapezium-Loop Microstrip Bandpass Filter” Microwave and Optical Technology Letters （美国刊物，国际权威期刊，同时被SCI和EI收录）2010，52（4）：840 841 (SCI: 569YZ, EI:20100912737787) 2. （第1作者） “T形开槽三角形贴片双模微带带通滤波器” 北京理工大学学报（核心期刊，EI:20113714322
13、789）2011，31（6）：695-6983. 第2作者“适合制作高性能带阻滤波器的新型C形环级联DMS结构”高技术通讯（核心期刊，EI:20113014176361）2011，21（6）：661-664 4. （第1作者） “园形开槽贴片微带双模带通滤波器” 电子元件与材料（核心期刊）2011, 30(11):34375. （第1作者） “十字形贴片双模微带带通滤波器” 微波学报（核心期刊）2013, 29(4):78816. （第1作者） “新型的方形贴片双模微带带通滤波器” 电子元件与材料（核心期刊）2013, 32(4):54567. （第1作者） “T形贴片双模微带带通滤波器” 电
14、子元件与材料（核心期刊）2012, 31(7):4042申请者所在单位现有的研究条件： 已具备的实验条件：（1）软件：ANSOFT HFSS电磁分析软件，ANSOFT Designer、Agilent ADS电路仿真软件，Auto CAD绘图软件等。（2）仪器：常用微波仪器。学校跟上海大学通信工程学院和中国电子科技集团公司第51所有多年的合作关系，该单位可以提供技术方面的支持。4拟采取的研究方案、研究方法和内容的创新之处根据给定滤波器的设计指标，建立相应的粗糙模型和精确模型，利用电路仿真软件（本文使用的是安捷伦公司ADS 2013.06版本）的高效率建立粗糙模型，以及电磁仿真软件（本文使用的是Ansoft公司的HFSS 13.0版本）的准确性建立相应的精细模型。在粗糙模型中对滤波器的设计参数和预选参数进行优化并对相应的参数进行提取，在精确模型中验证
