本发明专利技术公开了一种电大复杂有耗介质目标电磁散射抛物线快速仿真方法。抛物线方程（PE）方法可把三维问题转化为一系列的二维问题求解，提高了计算效率。抛物线方法的轴向方向即为待求的散射方向，对轴向方向采用网格进行离散，而垂直于轴向方向的一系列切平面采用无网格的方法进行求解。无网格的引入便于精确模拟复杂结构，自适应的选取影响域的大小控制消耗的内存。本发明专利技术不依赖于传统的抛物线方程方法的立方体网格剖分，并且相对于传统的有限差分方法、体面积分等方法，能快速分析电大有耗介质目标电磁散射特性，仅需知道目标表面离散节点的分布信息，便可对其进行快速的电磁散射仿真，其实现过程灵活自由，具有很强的实际工程应用价值。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于目标电磁散射特性数值计算技术，特别是一种电大复杂有耗介质目标 电磁散射抛物线快速仿真方法。
技术介绍
电磁计算的数值方法如矩量法（MOM)，有限元法（FEM)，时域有限差分方法（FDTD) 可以很好地解决电小尺寸物体的散射，但在计算电大介质物体的散射时，尤其是当介电常 数很大时，对计算机的配置要求过高。近似方法如射线跟踪、物理光学等高频方法则只能求 解规则形状的电大金属物体的散射，由于波在介质中传输的复杂性不能够准确的分析介质 问题。迭代推进方法是用于求解目标散射问题的一种比较新型的方法，世界上许多国家主 要在空间场的迭代递推、电流的迭代递推和时域场的迭代递推等方面做了大量的研究并取 得一定的研究成果。抛物线方程（PE :Parabolic Equation)方法属于迭代推进方法，它是 波动方程的一种近似形式，假设电磁波能量在沿着抛物线轴向的锥形区域内传播。抛物线 方程方法为求解电磁散射提供了一种准确、高效的计算方法，它的主要缺陷是只能对抛物 线方向近轴区域内的电磁散射进行快速、准确地计算，不过这种限制可以通过旋转抛物线 轴向来克服，主要思想是抛物线的轴向不受入射场方向的限制，使抛物线的轴向围绕散射 目标旋转来计算目标任意方向的散射场。抛物线方程方法已成功用于计算大型建筑物的散 射和空中、海洋中大型目标的电磁计算，但是该方法需要使用正六面体对物体进行离散建 模，所以不能够很好的对复杂物体进行外形的逼近。 抛物线方程方法初期主要用来处理比较复杂的声波的传播问题和光学等方面的 问题。该方法首先是由Lenontovich在1946年提出。随后，Malyuzhiners将PE方法和几 何光学法结合，提出了一种关于障碍物绕射的理论；Hardin提出了分裂步傅立叶方法，用 来解决水下声波的传播问题；Claerbout引入了有限差分，将PE方法应用于地球物理学，它 对长距离声波在海洋中的传播和地震波传播的计算和研究提供了一种有效、准确的方法。 近年来，国内外学者开始将抛物线方程方法应用于处理电磁散射问题.该算法把波动方程 简化为抛物线方程，将散射目标等效为一系列的面元或线元，然后通过散射体上的边界条 件和场的空间递推方式求解抛物线方程，把三维问题转化为一系列的二维问题来计算，通 过近场--远场转换得到远区散射场，进而计算目标的双站RCS。PE方法在数值方法和解 析方法之间架起了一座桥梁。数值方法如矩量法（MOM)，FDTD给出了 Mxawell方程的精确 解；解析方法则基于射线理论或物理光学理论。 由上可知，精确的数值方法解决电大尺寸有耗介质物体的散射时存在着困难，而 通过将阻抗边界条件引入到PE方法中，可以快速计算电大尺寸有耗介质问题的散射问题， 同时将无网格方法来进行对复杂目标的建模。但是现有技术中尚无相关描述。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种电大复杂有耗介质目标电磁散射抛物线快速仿真方 法，该方法不依赖于有耗介质目标的规则化网格剖分，同时高介电常数不影响未知量的增 减，从而实现快速得到电磁散射特性参数的方法。 实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种电大复杂有耗介质目标电磁散射抛物线 快速仿真方法，步骤如下： 步骤1、建立散射体的离散模型，确定抛物线的轴向方向作为X轴，采用网格对散 射体沿抛物线的轴向方向进行离散处理，形成垂直于X轴的若干个切面，通过求解剖分的 三角形网格与切面交点确定每个切面所切散射体的边界点，再通过四面体网格来判断所有 节点的位置；具体包括以下步骤： 步骤1-1、在每个切面上面选取等间距分布的参考点； 步骤1-2、对散射体进行三角面元的面剖分，确定X方向每个切面的方程，求解三 角面元与切面的交点，并将交点标记为每个切面上散射体的边界点； 步骤1-3、对散射体进行四面体的体剖分，通过判别参考点是否处于四面体内部来 区分参考点处于散射体内部或者散射体外部，并对这些不同位置的参考点进行标记。 步骤2、构造矩阵方程，在X方向使用CN差分格式获取相邻两个切面间的关系，在 y、z方向采用RP頂构造形函数及其空间导数，并且在散射体表面引入阻抗边界条件以及散 度方程，联立构造出矩阵方程；具体包括以下步骤： 步骤2-1、在三维情况下，标准矢量抛物线方程表示为：【主权项】1. 一种，其特征在于，步骤如 下： 步骤1、建立散射体的离散模型，确定抛物线的轴向方向作为X轴，采用网格对散射体 沿抛物线的轴向方向进行离散处理，形成垂直于X轴的若干个切面，通过求解剖分的三角 形网格与切面交点确定每个切面所切散射体的边界点，再通过四面体网格来判断所有节点 的位置； 步骤2、构造矩阵方程，在x方向使用CN差分格式获取相邻两个切面间的关系，在y、z方向采用RP頂构造形函数及其空间导数，并且在散射体表面引入阻抗边界条件以及散度 方程，联立构造出矩阵方程； 步骤3、对各个面上的节点电场值进行递推求解，通过不断更新边界点的信息以及方程 的右边向量来求解下一个切面上各个离散节点处的电场值； 步骤4、对最后一个切面的电场值进行后处理，具体为：求解最后一个切面的矩阵方 程，得到离散节点处的电场值，根据近场的电场值确定雷达散射截面积。2. 根据权利要求1所述的，其特 征在于，步骤1中确定每个切面所切物体的边界点具体包括以下步骤： 步骤1-1、在每个切面上面选取等间距分布的参考点； 步骤1-2、对散射体进行三角面元的面剖分，确定x方向每个切面的方程，求解三角面 元与切面的交点，并将交点标记为每个切面上散射体的边界点； 步骤1-3、对散射体进行四面体的体剖分，通过判别参考点是否处于四面体内部来区分 参考点处于散射体内部或者散射体外部，并对这些不同位置的参考点进行标记。3. 根据权利要求1所述的，其特 征在于，步骤2中构造矩阵方程具体包括以下步骤： 步骤2-1、在三维情况下，标准矢量抛物线方程表示为：式中，<=ei'K= = 分别代表波函数在X，y，z方向的分量， €，€，€分别代表电场在x，y，z方向的分量，k为波束，i为虚数，n为媒质折射系数； 对x方向的求导由CN差分可得：其中，AX代表前后两个切面的间距，对y、z方向的求导采用RPM构造形函数及其空 间导数，电场u(x，y，z)通过形函数展开，形式如下所示： u(x,y,z) = 〇 (x,y,z)Us(x,y,z) (3) Us(x,y,z)为待求的电场系数，①（x,y,z)=为形函数，N为支撑域内离散节点的个数，对u(X，y，z)的求导可以通过对〇(x，y，z)求 导实现； 步骤2-2、在PML媒质中，矢量抛物线方程表示为：(4) g-ia(z)) o oz ox 式中，〇 0代表电损耗的函数，代表电损耗的系数，S代表趋肤深度的系数；对X方向的求导由CN差分可得：对y、z方向的求导采用RPIM构造形函数及其空间导数； 步骤2-3、对于物体边界点，假设P为散射体表面上的点，n= (nx，ny，nz)为P点的法向方 向，在有耗介质的表面上，由阻抗边界条件可得： nXE(P) =Z(P)nX{nXH(P)} (6) 式中，Ei代表入射电场，其p则可得：(7) 式中，仏= 7 + 〇为介质的电导率，对边界条件进行变本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电大复杂有耗介质目标电磁散射抛物线快速仿真方法，其特征在于，步骤如下：步骤1、建立散射体的离散模型，确定抛物线的轴向方向作为x轴，采用网格对散射体沿抛物线的轴向方向进行离散处理，形成垂直于x轴的若干个切面，通过求解剖分的三角形网格与切面交点确定每个切面所切散射体的边界点，再通过四面体网格来判断所有节点的位置；步骤2、构造矩阵方程，在x方向使用CN差分格式获取相邻两个切面间的关系，在y、z方向采用RPIM构造形函数及其空间导数，并且在散射体表面引入阻抗边界条件以及散度方程，联立构造出矩阵方程；步骤3、对各个面上的节点电场值进行递推求解，通过不断更新边界点的信息以及方程的右边向量来求解下一个切面上各个离散节点处的电场值；步骤4、对最后一个切面的电场值进行后处理，具体为：求解最后一个切面的矩阵方程，得到离散节点处的电场值，根据近场的电场值确定雷达散射截面积。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：何姿，陈如山，樊振宏，丁大志，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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