(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111545436.5 (22)申请日 2021.12.16 (71)申请人 电子科技大 学 地址 611731 四川省成 都市高新区 （西区） 西源大道 2006号 (72)发明人 黄桃　李谷斌　邓文凯　胡玉禄　 胡权　朱小芳　李斌　杨中海　 (74)专利代理 机构 电子科技大 学专利中心 51203 代理人 闫树平 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06N 3/12(2006.01) G06F 111/06(2020.01)G06F 119/06(2020.01) (54)发明名称 一种螺旋线行波管螺距分布设计的优化方 法 (57)摘要 本发明属于行波 管模拟及优化设计领域， 具 体涉及一种螺旋线行波管螺距分布设计的优化 方法。 本发明以螺距分布作为优化参数， 通过结 合实际的管型限制给出优化参数的大致取值范 围， 将注波互作用过程中的主要性能指标： 频带 输出功率及相移， 及非性能指标饱和输入功率作 为优化目标， 利用NSGA ‑II在性能指标相互矛盾 的情况下实现总体 设计最优， 实现了螺距分布设 计的优化。 并通过引入非性能指标饱和输入功率 Pin缩小了算法的搜索域， 加快了算法的收敛速 度， 充分发挥了NSGA ‑II多目标优化的优势， 解决 了螺距分布设计难以达 到最优分布的问题。 权利要求书2页 说明书4页 附图4页 CN 114266117 A 2022.04.01 CN 114266117 A 1.一种螺 旋线行波管螺距分布设计的优化方法， 其特 征在于， 具体步骤如下： 步骤1、 将行波管螺距分布设计中要求的多个性能指标建模为一个对应的多目标优化 数学模型； 典型多目标优化的数 学语言表述如下： 为目标函数向量， m表示 目标函数数目； 为决 策向量， N为决策向量的数目； 代表两类不同的不等式与等式约束条 件； 分别为决策向量取值范 围的上下限； 确定螺距分布设计的高频结构模型及螺距段数， 此处螺距段数对应多目标优化数学模 型中的决策向量数目为N， 故使用符号N来代指螺距段数； 确定各段螺距的取值范围 据此构造式(1)中的决策向量取值范围的上下限 并根 据各段螺距的初始长度xi， 构造向量 该向量即为式(1)中的决策向量 将优化指标频带输出功率Pout≥Pout_indicator、 相移phase≤phase_indicator转化为式 (1)中目标函数向量及优化约束条件， Pout_indicator、 phase_indicator均为设计指标， 由设计 人员根据实际情况赋值； 并向目标函数中添加非性能指标饱和输入功率Pin， Pin表征Pout对 应的输入功率， 故最终的目标函数向量 为 步骤2、 设置NSGA ‑II算法的相关参数， 执 行算法初始化 程序： 根据步骤1中得到的决策向量 目标函数向量 及优化约束条件作为参数 代入NSGA ‑II算法并设置NSGA ‑II算法所需的其余参数种群大小M、 迭代次数上限It、 交叉概 率Pc及变异概 率Pm， 完成NSGA ‑II初始化； 根据上述参数设置， NSGA ‑II算法将 生成M个决策变量 这些决策变量共同构成遗传算 法的种群 为迭代计数it赋初值0； 步骤3、 根据种群 中的个体设置螺距分布， 启动注波互作用模拟器BWIS计算仿真结 果： 按照步骤1中确 定的对应关系可将种群 中的任意个体 转化为具体的 螺距分布设计， 将这些设计参数更新到行波 管注波互作用过程中并启动注波互作用模拟 器 计算该种螺距分布下的频 带输出功率Pout、 相移phase及饱和输入功率Pin； 将仿真结果转化为目标函数向量 写入NSGA ‑II对应的个体i中； 计算完权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114266117 A 2所有个体的目标函数向量后， 执行NSGA ‑II进化操作， 基于目标函数向量执行NSGA ‑II选择、 交叉、 变异算子实现在种群 基础上对个 体的淘汰与补充生成新的种群 步骤4、 根据步骤3中得到 的各个个体对应设计指标的频带输出功率Pout及相移phase， 判断是否 达到了理想的指标要求； 若是则结束， 输出 结果； 若否， 则判断迭代计数it是否达到迭代次数上限It： 若是， 则结束并输出结果； 若否， 则 增加迭代计数it＝ it+1， 重复执 行步骤3、 4 直至输出结果。 步骤5、 从步骤4所得输出结果中选取相移满足设计要求时频带输出功能最大的个体作 为最优的个体， 根据步骤1中确定的对应 关系将个体转化为具体的设计参数， 并将这些设计 参数更新到行波管注波互作用过程中得到最终的螺距分布设计。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114266117 A 3