分析介质目标瞬态电磁散射特性的时域非共形网格方法技术

本发明专利技术公开了一种分析介质目标瞬态电磁散射特性的时域非共形网格方法。步骤如下：建立介质时域体积分方程；将待求未知量采用三角基函数进行时间上的离散，并采用非共形的四面体单元进行空间上的离散；形成待求解的矩阵方程，未知电流为介质瞬态体电流；求解矩阵方程，得到介质的瞬态体电流系数，再根据体电流系数确定瞬态电磁散射参量。本发明专利技术基于非共形网格方法求解的时域体积分方程方法可以更加灵活的处理待求目标的网格离散，特别是对于不均匀的介质体或者是存在多尺度模型的情况。

【技术实现步骤摘要】
一
本专利技术属于电磁仿真
，特别是一种分析介质目标瞬态电磁散射特性的时域非共形网格方法。二
技术介绍
目标电磁散射特性的获取与分析是电磁问题中的一个非常重要研究领域，目标的电磁散射波是雷达探测、遥感观测以及地质勘测等众多应用的信息来源，散射特性的分析是这些应用系统在设计和工作时的主要依据。雷达目标的形状和体积等物理量都是通过对雷达散射截面等参数进行计算得出的，且雷达散射截面积是雷达系统对目标“可观测性”的一个重要指标。因此，对于各种目标散射特性的研究在这些应用领域具有特别重要的现实意义。近年，随着宽频带电磁散射系统的快速发展，瞬态电磁散射特性的分析越来越引起科研学者和工程人员的关注。相比于其它方法，时域体积分方程方法非常适合于介质目标瞬态电磁散射特性的分析,尤其适合非均匀介质目标瞬态电磁散射特性的分析(Noel T.Gres,Arif A.Ergin and Eric Michielssen,“Volume-integral-equation-based analysis of transient electromagnetic scattering from three-dimensional inhomogeneous dielectric objects,”Radio Science,vol.36,no.3,pp.379–386,2001.)。但是当分析的介质目标存在高度不均匀介电常数，或者是存在多尺度的时候，网格的处理成为了普通时域体积分方程面临的难题。三
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种更加灵活和准确地分析非均匀或存在多尺度的介质目标瞬态电磁散射特性的时域非共形网格方法。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种分析介质目标瞬态电磁散射特性的时域非共形网格方法，步骤如下：步骤1，建立介质时域体积分方程；步骤2，将待求未知量采用三角基函数进行时间上的离散，并采用非共形的四面体
单元进行空间上的离散；步骤3，形成待求解的矩阵方程，未知电流为介质瞬态体电流；步骤4，求解矩阵方程，得到介质的瞬态体电流系数，再根据体电流系数确定瞬态电磁散射参量。本专利技术与现有技术相比，其显著优点是：(1)可以更加灵活和准确地分析非均匀或存在多尺度的介质目标瞬态电磁散射特性，并且对离散网格具有鲁棒性；(2)因为离散物体所需的网格不再需要共形的需求，可以灵活地拟合物体的形状以及表征内部的介电常数的分布情况。四附图说明图1是本专利技术中非共形网格的示意图。图2是本专利技术实施例中介质目标在不同频率点处的双站雷达散射截面(RCS)。五具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。本专利技术分析介质目标瞬态电磁散射特性的时域非共形网格方法，步骤如下：步骤1，建立介质时域体积分方程；令电磁波照射到介质目标上，在介质体内产生感应体电流J，根据介质的电场边界条件，即总电场等于入射电场与散射电场之和，得到介质时域体积分方程TD-VIE，如下：Einc(ro,t)+Esca(ro,t)＝Etot(ro,t) (1)其中，Einc表示照射在介质目标上的电磁波的入射电场，Etot表示总电场，Esca表示介质目标在电磁波照射后产生的散射电场，瞬态散射电场的表达形式为： E sca ( r , t ) = ∫ V ′ ▿ ▿ · ∂ t - 1 J ( r ′ , t - | r - r ′ | / c ) 4 πϵ | r - r ′ | d V ′ - ∫ V ′ μ ∂ t J ( r ′ , t - | r - r ′ | / c ) 4 π | r - r ′ | d V ′ - - - ( 2 ) ]]>将(2)代入(1)式，则(1)式可重新改写为： E inc ( r , t ) = ∂ t - 1 J ( r ′ , t ) ϵ 0 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分析介质目标瞬态电磁散射特性的时域非共形网格方法，其特征在于，步骤如下：步骤1，建立介质时域体积分方程；步骤2，将待求未知量采用三角基函数进行时间上的离散，并采用非共形的四面体单元进行空间上的离散；步骤3，形成待求解的矩阵方程，未知电流为介质瞬态体电流；步骤4，求解矩阵方程，得到介质的瞬态体电流系数，再根据体电流系数确定瞬态电磁散射参量。

【技术特征摘要】
1.一种分析介质目标瞬态电磁散射特性的时域非共形网格方法，其特征在于，步骤如下：步骤1，建立介质时域体积分方程；步骤2，将待求未知量采用三角基函数进行时间上的离散，并采用非共形的四面体单元进行空间上的离散；步骤3，形成待求解的矩阵方程，未知电流为介质瞬态体电流；步骤4，求解矩阵方程，得到介质的瞬态体电流系数，再根据体电流系数确定瞬态电磁散射参量。2.根据权利要求1所述的分析介质目标瞬态电磁散射特性的时域非共形网格方法，其特征在于，步骤1中所述建立介质时域体积分方程，具体如下：令电磁波照射到介质目标上，在介质体内产生感应体电流J，根据介质的电场边界条件，即总电场等于入射电场与散射电场之和，得到介质时域体积分方程TD-VIE，如下：Einc(ro,t)+Esca(ro,t)＝Etot(ro,t) (1)其中，Einc表示照射在介质目标上的电磁波的入射电场，Etot表示总电场，Esca表示介质目标在电磁波照射后产生的散射电场，瞬态散射电场的表达形式为： E sca ( r , t ) = ∫ V ′ ▿ ▿ · ∂ t - 1 J ( r ′ , t - | r - r ′ | / c ) 4 πϵ | r - r ′ | dV ′ ∫ V ′ μ ∂ t J ( r ′ , t - | r - r ′ | / c ) 4 π | r - r ′ | dV ′ - - - ( 2 ) ]]>将(2)代入(1)式，则(1)式重新改写为： E inc ( r , t ) = ∂ t - 1 J ( r ′ , t ) ϵ 0 ( ϵ r - 1 ) + μ 0 4 π ∫ V ′ ∂ τ J ( r ′ , t - R / c ) R dV ′ - 1 4 π ϵ 0 ∫ V ′ ▿ ▿ · ∂ t - 1 J ( r ′ , t - R / c ) R dV ′ - - - ( 3 ) ]]>其中，V表示四面体单元，μ0表示自由空间的磁导率，ε0表示自由空间的介电常数，εr为介质体的相对介电常数，r为场的位置坐标，r′为源的位置坐标，c表示真空中的光速，表示对时间函数的积分，表示对时间函数的求导，▽为梯度算子。3.根据权利要求1所述的分析介质目标瞬态电磁散射特性的时域非共形网格方法，其特征在于，步骤2中所述将待求未知量采用三角基函数进行时间上的离散，并采用非共形的四面体单元进行空间上的离散，具体如下：介质目标的瞬态感应体电流离散表示如下： J ( r , t ) = Σ n = 1 N V Σ l = 1 N t I n l T l ( t ) f n ( r ) - - - ( 4 ) ]]>其中：式中，fn(r)为半个SWG基函数，Tl(t)为三角时间基函数，为第n个未知量在第l时刻的待求瞬态电流系数，NV为空间未知量个数、Nt为时间步数。4.根据权利要求1所述的分析介质目标瞬态电磁散射特性的时域非共形网格方法，其特征在于，步骤3中所述形成待求解的矩阵方程，未知电流为介质瞬态体电流，具体如下：将式(3)在空间上采用伽辽金测试，时间上采用点测试，得时域体积分的矩阵方程形式： Z ‾ E 0 I i = V E i - Σ j = 1 i - 1 Z ‾ E i - j I j - - -...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈如山，豆兴昆，丁大志，樊振宏，呼延龙，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32