一种计算高速微动类球头柱体目标的电磁散射特性方法技术

本方法公开了一种分析高速微动的类球头柱体金属目标电磁散射特性的计算方法。基于软件Visual studio 2015和Fortran 2016计算机语言，生成类球头柱体高速微动目标网格模型。依次建立静止坐标系S，目标初始位置和方位的坐标系P，目标自身运动的坐标系M和最终与高速微动的目标相对静止的运动坐标系S'。在运动坐标系下采用FDTD计算出目标的电磁散射，逆顺序将目标的散射场转换到M坐标系进行电场值磁场值的对齐外推，然后将电场磁场值从M坐标系转换到P坐标再到坐标系S，便得到S坐标系下的类球头柱体高速微动目标的电磁散射。本发明专利技术可以计算高速微动类球头柱体目标的散射场和目标的特性分析。

【技术实现步骤摘要】
一种计算高速微动类球头柱体目标的电磁散射特性方法
本专利技术属于电磁场数值计算领域，具体涉及一种计算高速微动的类球头柱体金属目标电磁散射特性的方法
技术介绍
随着航空器件的飞行速度越来越快，关于高速运动物体的电磁研究已经成为热点问题，研究高速目标的微动情况也逐渐成为必要的关注点。例如，微动情况包括旋转，章动和进动等。以往的方法因坐标系限制、边界条件或者求解结果单一等缺点，不能适用于高速乃至超高速运动物体的电磁场值研究，也更不能适用于高速运动目标的微动研究。因此，非常有必要设计一种能够解决并分析高速微动目标电磁散射的技术。对于运动目标电磁散射计算的数值方法，部分学者提出了等效面电流法，运动边界法等。这些方法因坐标系限制、边界条件或者求解结果单一，或者不能适应于三维目标复杂多样的形状和目标微动的散射场的求解等缺点，不能适用于高速乃至超高速运动物体的电磁场值研究；对于用矩量法和有限元法来计算高速微动目标的电磁散射，不能适应于电大尺寸目标，且耗时较长。因此，非常有必要设计一种能够解决并分析高速微动目标电磁散射的技术。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：为解决现有技术中的高速目标微动状态下的电磁散射问题，本专利技术设计一种计算高速微动的类球头柱体金属目标电磁散射特性的方法。本专利技术的技术方案是：一种计算高速微动类球头柱体目标的电磁散射特性方法，包括以下步骤：步骤一：建立类球头柱体高速微动目标网格模型；步骤二：设目标的速度为v，初始位置为原点；目标在运动时，设目标的滚转角为ψ，俯仰角为θ，偏航角为目标的章动频率为f1,进动频率为f2，旋转频率为f3；定义类球头柱体轴线方向为x轴方向，径向方向为y轴方向，与x轴、y轴均垂直的方向为z轴方向；俯仰角为θ目标坐标系x轴与水平面的夹角，偏航角为目标坐标系x轴在水平面上投影与地面坐标系xg轴之间的夹角，滚转角ψ为目标坐标系z轴与通过目标x轴的铅垂面间的夹角，目标向右滚为正，反之为负；步骤三：将模型中的目标转换为相对静止的目标进行计算，依次建立四个坐标系，包括以下子步骤：子步骤一：将目标水平放置，以目标的质心为原点，垂直方向为z轴，沿半球方向为-y轴，建立静止坐标系S；子步骤二：将目标的速度v代入坐标系S中，得到新的坐标系P，且S坐标系到P坐标系的转换矩阵为其中φv为运动方向相对于速度方向在xSyS(s坐标系下的x轴y轴组成的平面)平面的投影与xS轴(S坐标系的x轴)之间的方位角，为运动方向相对于速度方向的仰角(以速度方向建立坐标系)；子步骤三：将子步骤二中的坐标系P进行洛伦兹变换，得到相对静止的坐标系M，洛伦兹转换矩阵为设为LT；上式(2)中vx,vy,vz分别为目标沿x轴,y轴,z轴的速度的分量，c为光速，β＝v/c；子步骤四：将滚转角ψ，俯仰角θ，和偏航角代入子步骤三中的坐标系M中，得到与目标保持相对静止的运动坐标系S',由坐标系M到S'的转换矩阵为由于章动,进动和旋转的影响，滚转角ψ，俯仰角θ，和偏航角是随时间变化的，变化规律为其中ψ0为初始滚转角，θp为进动角，θm为最大章动角，为初始偏航角，ω1为章动角频率，ω2为进动角频率，ω3为旋转角频率，其中ω1＝2πf1，ω2＝2πf2，ω3＝2πf3。子步骤五：矩阵Rmic、矩阵LT和矩阵Rini依次相乘得到矩阵B，B＝Rini×LT×Rmic，设B矩阵的逆矩阵为矩阵F；步骤四，定义静止坐标系S下的入射波幅值E0，频率f以及入射波照射到目标上的入射角θis,经依次转换后的入射波的幅值为E0′，频率为fs′，入射角度为θi′s,步骤五：运用FDTD算法,计算运动坐标系S'中电场与磁场步骤六：将步骤五得到的电场与磁场通过矩阵Rmic转换到坐标系M中，得到新的电场与磁场并将得到的电场与磁场外推对齐坐标得到新的电场与磁场步骤七：将步骤六得到运动坐标系S'的电场与磁场经过两次转换(M→P→S)到S坐标系，即得到类球头柱体高速微动的电场与磁场步骤八：将得到类球头柱体高速微动的电磁散射场进行能量计算和傅里叶变换、滤波的处理，得到其频率分布。专利技术效果本专利技术的技术效果在于：本专利技术通过Visualstudio2015和Fortran2016语言进行网格建模，计算与目标的平动相对静止的坐标系的入射波，加入射波，用FDTD计算S′坐标系的场值，并转换到表示目标自身运动的坐标系M下进行外推处理，最后转换到S坐标系下得到电磁散射场。本专利技术方法新颖，思路清晰，理论饱满，在任何速度下的微动目标的特征判断及目标识别方面具有理论指导作用和广阔的应用前景。本专利技术采用FDTD求微动目标散射特性，并继承了FDTD的计算简单，编程容易，可以计算电大尺寸的优点。和现有的方法相比，本专利技术计算速度快，可计算高速微动的电大尺寸目标，并适合任何速度下的微动目标的特征分析。附图说明图1：一种分析高速微动的类球头柱体金属目标电磁散射特性的计算方法的目标模型图；图2：一种分析高速微动的类球头柱体金属目标电磁散射特性的计算方法的建模三视图；图3：一种分析高速微动的类球头柱体金属目标电磁散射特性的计算方法的四个坐标系的关系图；图4：一种分析高速微动的类球头柱体金属目标电磁散射特性的计算方法的边界示意图；图5：一种分析高速微动的类球头柱体金属目标电磁散射特性的计算方法的流程图的示意图；图6：一种分析高速微动的类球头柱体金属目标电磁散射特性的计算方法的外推前的网格对齐示意图；图7：一种分析高速微动的类球头柱体金属目标电磁散射特性的计算方法的散射场的能量图；图8：一种分析高速微动的类球头柱体金属目标电磁散射特性的计算方法的频谱图；具体实施方式参见图1—图8，一种计算类球头柱体高速微动目标电磁散射场的方法，包括以下步骤：步骤一，建立类球头柱体高速微动目标网格模型；步骤二，设目标的速度为v，初始位置为原点。目标在运动时，设目标的滚转角为ψ，俯仰角为θ，偏航角为目标的章动频率为f1,进动频率为f2，和旋转频率f3；步骤三，建立四个坐标系。静止坐标系S，建立表示初始位置和方位的坐标系P，建立表示目标自身运动的坐标系M，建立与目标相对静止的运动坐标系S'。从坐标系S到坐标系P的转换矩阵设为目标方位矩阵Rini。经过洛伦兹变换，将坐标系P转换到坐标系M，设转换矩阵设为矩阵LT。从坐标系M到坐标系S'的转换矩阵设为Rmic。将矩阵Rini，矩阵LT，矩阵Rmic依次相乘得到从静止坐标系到与目标平动时相对静止的坐标系的转换矩阵，设为矩阵B；步骤四，将入射波通过转换矩阵经过三次坐标系转换(S→P→M→S')到S'坐标系；步骤五，运用FDTD算法,计算得到运动坐标系S'中电场与磁场数据；步骤六，将步骤五得到的电场与磁场通过矩阵Rmic转换到坐标系M中，得到新的电场与磁场并将得到的电场与磁场外推对齐坐标得到新的电场与磁场数据；步骤七，将步骤六得到运动坐标系S'的电场与磁场经过两次转换(M→P→S)到S坐标系，即得到类球头柱体高速微动的电场与磁场数据；步骤八，将得到类球头柱体高速微动的电磁散射场进行能量计算，傅里叶变换和滤波的处理；其中所述步骤一具体包括以下过程：过程2.1，使用软件Visualstudio2015和Fortran2016语言建模，依据类球头柱体的实际长度，将模型离散化成一个个小的同等大小的长本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种计算高速微动类球头柱体目标的电磁散射特性方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：建立类球头柱体高速微动目标网格模型；步骤二：设目标的速度为v，初始位置为原点；目标在运动时，设目标的滚转角为ψ，俯仰角为θ，偏航角为

【技术特征摘要】
1.一种计算高速微动类球头柱体目标的电磁散射特性方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：建立类球头柱体高速微动目标网格模型；步骤二：设目标的速度为v，初始位置为原点；目标在运动时，设目标的滚转角为ψ，俯仰角为θ，偏航角为目标的章动频率为f1,进动频率为f2，旋转频率为f3；定义类球头柱体轴线方向为x轴方向，径向方向为y轴方向，与x轴、y轴均垂直的方向为z轴方向；俯仰角为θ目标坐标系x轴与水平面的夹角，偏航角为目标坐标系x轴在水平面上投影与地面坐标系xg轴之间的夹角，滚转角ψ为目标坐标系z轴与通过目标x轴的铅垂面间的夹角，目标向右滚为正，反之为负；步骤三：将模型中的目标转换为相对静止的目标进行计算，依次建立四个坐标系，包括以下子步骤：子步骤一：将目标水平放置，以目标的质心为原点，垂直方向为z轴，沿半球方向为-y轴，建立静止坐标系S；子步骤二：将目标的速度v代入坐标系S中，得到新的坐标系P，且S坐标系到P坐标系的转换矩阵为其中φv为运动方向相对于速度方向在xSyS(s坐标系下的x轴y轴组成的平面)平面的投影与xS轴(S坐标系的x轴)之间的方位角，为运动方向相对于速度方向的仰角(以速度方向建立坐标系)；子步骤三：将子步骤二中的坐标系P进行洛伦兹变换，得到相对静止的坐标系M，洛伦兹转换矩阵为设为LT；上式(2)中vx,vy,vz分...

【专利技术属性】
技术研发人员：涂小韵，郑奎松，杨铭月，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61