基于仿生原理的微波仿真与测试系统研究及产业化应用

科学计算已经成为与理论和实验并列的第三种科学研究范式。自上世纪70年代以来，美国将科学计算、测试技术和建模仿真视为国家利益的关键基础技术。国内在使用国外的微波仿真/测试软件时，功能往往不齐全，而从事基础仿真/测试系统研发的国内人才不足千人，这导致依赖国外仿真软件使得设计高尖端产品难以实现。基于仿生原理的智能方法在高性能计算建模领域开辟了新领域，为解决复杂性、约束性、非线性、建模困难等复杂工程问题提供了新模式。项目组长期致力于仿生智能算法研究，通过仿生算法系统成功解决了中国微波产业在仿真软件、测试系统等方面的“卡脖子”问题。以下是该项目在新技术应用推广方面取得的创新性成果简介：

一、基于仿生原理的智能算法理论研究 项目组针对差分算法在种群进化到后期时，种群多样性分布降低，导致算法求解过早收敛的问题，采用了多种群机制、加权变异策略、种群协方差学习、自适应控制参数等方法，以对现实问题求解。同时，针对标准人工蜂群算法随机无规律的寻找最优解不够深入，导致局部搜索能力差的特点，提出了增强局部搜索能力的人工蜂群优化算法。此外，项目组还采用了基于仿生信息学原理的误差剔除算法思想，利用同类样本在特征空间连续原理实现误差剔除算法，准确计算出电容的性能参数与等效电路参数。

二、基于仿生智能算法的微波仿真软件应用研究 微波产品设计的核心问题是参数调优问题，由于其结构复杂，互连、过渡和各组件之间的交互制约，使得电路的电设计、机械设计、热设计以及模拟仿真等更加复杂。项目组将仿生算法与现有的商业电磁仿真软件结合，借助云计算技术，根据微波产品的技术特点选择合适的优化组合。在设计结构复杂、设计参量众多、电尺寸巨大的电磁项目时，与传统仿真软件相比，该平台可实现其他仿真软件难以实现的复杂结构设计。该平台设计的产品具有高性能和高效能的优点，产品设计与研制周期平均缩短8-10倍左右。

三、基于仿生信息学原理的电容测试系统研究 高品质的高频电容广泛应用于军工和高端民用产品，获取高频电容的Q值等十几个性能参数尤为重要。而在高频段，受电容性能影响，测试系统的夹具效应产生的误差尤为突出。项目组采用基于仿生信息学的同类样本在特征空间中连续原理实现剔除算法，准确计算出电容的性能参数与等效电路参数，有效剔除夹具效应带来的误差，在高频段（达到60GHz）能保证电容参数测量精度，测试频率范围和测试数据精度远高于国内外水平。

该项目技术资料齐全，首次提出将仿生算法与微波仿真、测试相结合，实现微波仿真自动化和测试系统研发。相关成果获得知识产权共8项，包括发明专利4项（其中授权2项，公开2项）、实用新型专利1项、软件著作权3项；出版专著1本，发表论文4篇；获得吴文俊人工智能科技进步奖、全国科技工作者创新创业大赛、福建省6.18参展项目奖等4个奖项；ILAC-MRA和CNAS认证实验室1个；项目完成单位近三年实现新增销售额累计11546.29万元，新增利润3118.37万元。

科学计算成为与理论和实验并列的第三种科学研究范式。自上世纪70年代以来，美国把科学计算、测试技术和建模仿真作为国家利益的关键基础技术。国内使用国外的微波仿真/测试软件功能不全，而国内从事基础仿真/测试系统研发不足千人，依赖国外仿真软件导致设计高尖端产品难以实现。基于仿生原理的智能方法在高性能计算建模开辟一个新领域，为解决复杂性、约束性、非线性、建模困难等复杂工程问题提供新模式。项目组长期从事仿生智能算法研究，通过仿生算法系统解决了中国微波产业自主核心的仿真软件、测试系统等“卡脖子”问题。该项目在新技术应用推广方面取得的创新性成果简介如下： (一)基于仿生原理的智能算法理论研究。针对差分算法种群进化到后期，种群多样性分布降低，导致算法求解过早收敛的问题，项目组采用多种群机制、加权变异策略、种群协方差学习、自适应控制参数以对现实问题求解；针对标准人工蜂群算法随机无规律的寻找最优解不够深入，导致局部搜索能力差的特点，提出增强局部搜索能力的人工蜂群优化算法；采用基于仿生信息学原理的误差剔除算法思想：采用同类样本在特征空间连续原理实现误差剔除算法，准确地计算出电容的性能参数与等效电路参数。 (二)基于仿生智能算法的微波仿真软件应用研究。微波产品设计的核心问题是参数调优问题，由于其结构复杂，互连、过渡和各组件之间交互制约，使电路的电设计、机械设计、热设计以及模拟仿真等更加复杂，项目组将仿生算法与现有的商业电磁仿真软件结合，借助云计算技术，根据微波产品的技术特点选择合适的优化组合，在设计结构复杂、设计参量众多、电尺寸巨大的电磁项目时，与传统仿真软件相比：可实现其他仿真软件难以实现的复杂结构设计，该平台设计的产品具有高性能和高效能的优点，产品设计与研制周期平均缩短8-10倍左右。 (三)基于仿生信息学原理的电容测试系统研究。高品质的高频电容广泛应用于军工和高端民用产品，获取高频电容的Q值等十几个性能参数尤为重要。而在高频段受电容性能影响，测试系统的夹具效应产生的误差尤为突出。采用基于仿生信息学的同类样本在特征空间中连续原理实现剔除算法，准确计算出电容的性能参数与等效电路参数，该项目方法能有效剔除夹具效应带来的误差，在高频段(达到60GHz)能保证电容参数测量精度，测试频率范围和测试数据精度远高于国内外水平。 该项目技术资料齐全，首次提出将仿生算法与微波仿真、测试相结合，实现微波仿真自动化和测试系统研发。相关成果获得知识产权共8项，其中申请发明专利4项(授权2项，公开2项)，实用新型专利1项，软件著作权3项；出版专著1本，发表论文4篇；获得吴文俊人工智能科技进步奖、全国科技工作者创新创业大赛、福建省6.18参展项目奖等4个奖项；ILAC-MRA和CNAS认证实验室1个；项目完成单位近三年实现新增销售额累计11546.29万元，新增利润3118.37万元。