一种目标电磁散射特性快速计算方法技术

一种目标电磁散射特性快速计算方法，对建立的几何外形非共形网格模型进行整体剖分，在目标剖分网格上选用电磁基函数模拟目标表面的感应电磁流，利用不连续伽辽金积分方程和边界条件构建阻抗矩阵元素，采用树形分块分组策略对目标进行分组，利用自适应交叉近似算法加速矩阵‑矢量相乘速度，采用广义最小残量法迭代计算照射源下的目标表面电磁流感应系数，开展目标表面的感应电磁流的辐射场计算，获取二次散射场特性数据。本发明专利技术适应性强、计算精度高，极大的拓展了积分方程的计算效率和计算能力，减少了剖分难度，易于工程实现。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种目标电磁散射特性快速计算方法，尤其涉及一种基于自适应交叉近似加速的不连续伽辽金积分方程计算方法。
技术介绍
目标电磁散射特性快速精确计算是分析目标隐身性能及反隐身设计的重要手段之一，随着进气道、机翼前沿、雷达舱、频率选择表面等复杂部件在军事目标上的大量应用，急需开展快速精确计算电大复杂目标的电磁散射特性，为武器系统参数设计和电磁波感应机理统计提供依据。如包含耶路撒冷十字频率选择(FSS)表面的某导弹雷达罩，若根据基函数尺寸网格剖分，则可得到96327个三角形面元，但基函数整体网格不足以描述频率选择表面，必须进一步细分剖分网格尺度，一个FSS单元至少需12个三角形贴片，此时雷达罩整体产生835748个三角形贴片，极大的增加了计算量。另外一种可取的剖分策略为：FSS上选用小贴片单元，雷达罩主体采用大贴片单元，此时三角形贴片个数为261853个，可在保证计算精度的情况下极大的提高计算效率。吕志清，安翔等在2009年发表在全国微波毫米波会议优秀论文集上的非专利文献“基于自适应交叉近似的非匹配网格区域分解快速算法”给出了一种基于自适应交叉近似加速的非匹配网格的区域分解算法，并利用超松弛迭代法加速收敛过程，在贴片天线阵列、频率选择表面等周期结构电磁计算方面展示了优越的性能。但该方法是基于有限元方法给出的，计算精度不足且计算规模不大。ZhenPeng，Kheng-HweeLim等在2013年发表在IEEETransactionsonAntennasandPropagation上的非专利文献“ADiscontinuousGalerkinSurfaceIntegralEquationMethodforElectromagneticWaveScatteringFromNonpenetrableTargets”公开了一种不连续伽辽金表面积分方程，详细给出了计算非共形网格电大尺寸目标的迭代求解方法，相比于传统的电磁散射积分方程求解方程，该方法利用L2型基函数处理不同部件交界处的连续性问题，保证了目标表面电磁流的连续性。但L2型基函数增加了阻抗矩阵规模，限制了目标的求解能力。YuleiZhao，CHuangmingTong等在2011年发表在CrossStraitQuad-RegionalRadioScienceandWirelessTechnologyConference上的非专利文献“TheACAAlgorithmintheElectromagneticScatterofMultipleTarget”提出了一种计算多尺度目标的快速电磁散射方法，该方法利用纯代数压缩手段极大的提升了积分方程求解目标电磁散射问题的能力，具有很好的扩展性和实用性。但该方法针对目标整体计算，尚未考虑目标局部细节与目标主体间的对应关系。
技术实现思路
本专利技术提供一种目标电磁散射特性快速计算方法，解决了现有技术中多尺度电大复杂目标的电子散射快速仿真计算的难题，为多尺度电大尺寸目标电磁散射特性获取提供技术手段，适应性强、计算精度高，极大的拓展了积分方程的计算效率和计算能力，减少了剖分难度，易于工程实现。为了达到上述目的，本专利技术提供一种目标电磁散射特性快速计算方法，包含以下步骤：步骤S1、通过测绘获取多尺度目标的几何外形数据及部件间的相互位置关系，建立包含目标精细部件的几何外形非共形网格模型；步骤S2、根据目标几何外形及局部细节，不同部件采用不同尺寸的剖分网格，对目标进行整体剖分；步骤S3、在目标剖分网格上选用电磁基函数模拟目标表面的感应电磁流，利用不连续伽辽金积分方程和边界条件构建阻抗矩阵元素，建立待测目标感应电磁流与照射场间的散射关系；电磁基函数为RWG基函数，在部件连接处选用半个基函数；步骤S4、采用树形分块分组策略对目标进行分组，形成便于计算的阻抗矩阵方程；步骤S5、利用自适应交叉近似算法加速矩阵-矢量相乘速度；对树形结构，非相邻组包含的基函数的互耦矩阵Zm×n进行压缩，形成两个子矩阵Um×r,Vr×n，其中m,n为两个盒子包含的基函数个数，r为压缩后得到的矩阵维数；步骤S6、采用广义最小残量法迭代计算照射源下的目标表面电磁流感应系数；S7、根据目标表面的感应电磁流系数，开展目标表面的感应电磁流的辐射场计算，获取二次散射场特性数据。所述的步骤S2中，电磁波频率范围为3.0GHz，照射波激励方向为(俯仰，方位)＝(0°,0°)，散射场方向为(俯仰，方位)＝(0～180°，180°)，间隔1°，大部件剖分网格为1/5波长，小部件细节剖分网格为1/8波长，大小部件连接处的网格是非共形的。所述的步骤S3中，在部件内部的RWG基函数定义在两个三角形贴片的公共边上，在部件边界的贴片上定义的RWG基函数仅在一个三角形贴片上，RWG的定义形式为：fn(r)=Ln2An+ρn+(r)rinTn+Ln2An-ρn-(r)rinTn-0others---(1)]]>其中，r为三角形贴片内部的位置矢量，ρ为三角形的边对应的顶点到r的位置矢量，表示与基函数相关联的两个三角形贴片，±为RWG基函数对应的两个三角形贴片，如果RWG基函数对应的三角形在部件的边界上，则没有对应的三角形对形成互耦，此时RWG仅定义在一个贴片上；利用构造的RWG基函数组构造阻抗矩阵元素，根据电磁场理论，任意金属目标的边界积分方程为：Eti(r)=[jk0A(r)-1jk0▿▿·A(r)]t---(2)]]>其中，为目标表面的激励电场切向分量，k0为波数，A(r)为自由空间的矢量位函数；根据步骤S2中的剖分策略，目标整体分为多个部件，目标边界可描述为：为目标原始边界，Sn为每个剖分部件的边界，利用不连续伽辽金方法，每个剖分部件的感应电磁流的残差可描述为：RSmEFIE=Et,mi(r)-Σk=1N[jk0Ak(r)-1jk0▿▿·Ak(r)]t,m=1,2,...N---(3)]]>对上式两边利用测试函数组tn做内积运算，可得到参数的弱形式为：<tn,RSmEFIE>Sm=<tn,Et,mi(r)>Sm-<tn,Σk=1N[jk0Ak(r)-1jk0▿▿·Ak(r)]t>Sm,n=1,2,...N---(4)]]>同样的，可以得到每个部件边界上的磁场残差余量的弱形式为：<tn,RSmMFIE>Sm=<tn,Ht,mi(r)>Sm-<tn,12J(r)>Sm+<tn,Σk=1NFk(r)>Sm,n=1,2,...N---(5)]]>其中，为第m个剖分部件的切向磁场激励分量，J(r)为目标感应电流，Fk(r)为自由空间的磁矢量位函数；为保证互相连接的部件间的电磁流连续性，在两个相连部件边界轮廓上强加边界条件：<t,RCcurrent>=<t,1ik0ΣCtmn·Jm+tmn·Jn><t,本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种目标电磁散射特性快速计算方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤S1、通过测绘获取多尺度目标的几何外形数据及部件间的相互位置关系，建立包含目标精细部件的几何外形非共形网格模型；步骤S2、根据目标几何外形及局部细节，不同部件采用不同尺寸的剖分网格，对目标进行整体剖分；步骤S3、在目标剖分网格上选用电磁基函数模拟目标表面的感应电磁流，利用不连续伽辽金积分方程和边界条件构建阻抗矩阵元素，建立待测目标感应电磁流与照射场间的散射关系；电磁基函数为RWG基函数，在部件连接处选用半个基函数；步骤S4、采用树形分块分组策略对目标进行分组，形成便于计算的阻抗矩阵方程；步骤S5、利用自适应交叉近似算法加速矩阵‑矢量相乘速度；对树形结构，非相邻组包含的基函数的互耦矩阵Zm×n进行压缩，形成两个子矩阵Um×r,Vr×n，其中m,n为两个盒子包含的基函数个数，r为压缩后得到的矩阵维数；步骤S6、采用广义最小残量法迭代计算照射源下的目标表面电磁流感应系数；S7、根据目标表面的感应电磁流系数，开展目标表面的感应电磁流的辐射场计算，获取二次散射场特性数据。

【技术特征摘要】
1.一种目标电磁散射特性快速计算方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤S1、通过测绘获取多尺度目标的几何外形数据及部件间的相互位置关系，建立包含目标精细部件的几何外形非共形网格模型；步骤S2、根据目标几何外形及局部细节，不同部件采用不同尺寸的剖分网格，对目标进行整体剖分；步骤S3、在目标剖分网格上选用电磁基函数模拟目标表面的感应电磁流，利用不连续伽辽金积分方程和边界条件构建阻抗矩阵元素，建立待测目标感应电磁流与照射场间的散射关系；电磁基函数为RWG基函数，在部件连接处选用半个基函数；步骤S4、采用树形分块分组策略对目标进行分组，形成便于计算的阻抗矩阵方程；步骤S5、利用自适应交叉近似算法加速矩阵-矢量相乘速度；对树形结构，非相邻组包含的基函数的互耦矩阵Zm×n进行压缩，形成两个子矩阵Um×r,Vr×n，其中m,n为两个盒子包含的基函数个数，r为压缩后得到的矩阵维数；步骤S6、采用广义最小残量法迭代计算照射源下的目标表面电磁流感应系数；S7、根据目标表面的感应电磁流系数，开展目标表面的感应电磁流的辐射场计算，获取二次散射场特性数据。2.如权利要求1所述的目标电磁散射特性快速计算方法，其特征在于，所述的步骤S2中，电磁波频率范围为3.0GHz，照射波激励方向为(俯仰，方位)＝(0°,0°)，散射场方向为(俯仰，方位)＝(0～180°，180°)，间隔1°，大部件剖分网格为1/5波长，小部件细节剖分网格为1/8波长，大小部件连接处的网格是非共形的。3.如权利要求1所述的目标电磁散射特性快速计算方法，其特征在于，所述的步骤S3中，在部件内部的RWG基函数定义在两个三角形贴片的公共边上，在部件边界的贴片上定义的RWG基函数仅在一个三角形贴片上，RWG的定义形式为：fn(r)=Ln2An+ρn+(r)rinTn+Ln2An-ρn-(r)rinTn-0others---(1)]]>其中，r为三角形贴片内部的位置矢量，ρ为三角形的边对应的顶点到r的位置矢量，表示与基函数相关联的两个三角形贴片，±为RWG基函数对应的两个三角形贴片，如果RWG基函数对应的三角形在部件的边界上，则没有对应的三角形对形成互耦，此时RWG仅定义在一个贴片上；利用构造的RWG基函数组构造阻抗矩阵元素，根据电磁场理论，任意金属目标的边界积分方程为：Eti(r)=[jk0A(r)-1jk0▿▿·A(r)]t---(2)]]>其中，为目标表面的激励电场切向分量，k0为波数，A(r)为自由空间的矢量位函数；根据步骤S2中的剖分策略，目标整体分为多个部件，目标边界可描述为：为目标原始边界，Sn为每个剖分部件的边界，利用不连续伽辽金方法，每个剖分部件的感应电磁流的残差可描述为：RSmEFIE=Et,mi(r)-Σk=1N[jk0Ak(r)-1jk0▿▿·Ak(r)]t,m=1,2,...N---(3)]]>对上式两边利用测试函数组tn做内积运算，可得到参数的弱形式为：<tn,RSmEFIE>Sm=<tn,Et,mi(r)>Sm-<tn,Σk=1N&lsqb...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭良帅，林云，梁子长，张慧媛，
申请(专利权)人：上海无线电设备研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31