【技术实现步骤摘要】
一种计算三维高速平动目标电磁散射场的方法
本专利技术涉及电磁场计算领域,尤其是一种计算电磁散射场的方法。
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也逐渐成为了热点问题。然而,随着物体的高速运动,根据相对论原理,物体在运动状态下的电场散射场也发生了改变。针对运动目标电磁散射计算的数值方法开始出现,截止目前,部分学者提出了关于运动目标电磁散射的数值方法,比如等效面电流法,运动边界法等。以往的方法因坐标系限制、边界条件或者求解结果单一或不能适应于三维目标复杂多样的形状等缺点,更不能适用于高速乃至超高速运动物体的电磁场值研究。因此,非常有必要设计一种能够解决复杂目标高速平动电磁场值的技术。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足,本专利技术提供一种计算三维高速平动目标的电磁散射场的技术方案。本专利技术以杏仁体为目标,设计建立相对于目标静止的运动坐标系。使用Fortran语言处理,生成杏仁体网格模型,实现时间步长和空间步长的自由选取,然后在相对运动坐标系中引入入射波,用FDTD计算相对运动坐标系中的电磁散射场,最后将其转换为静止坐标系下的电磁散射场。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤:步骤一:建立相对于高速平动目标静止的运动坐标系K',并确定其特征;步骤1.1:建立相对运动坐标系为K',相对运动坐标系K'相对于高速平动的目标是静止的,即相对运动坐标系K'与目标有相同的运动速度和运动方向;步骤1.2:建立相对运动坐标系K'的空间步长Δx′,Δy′,Δz′和静止坐标系K的空间步长Δx,Δy,Δz之间的关系,以及相对运动坐标系K'的 ...
【技术保护点】
一种计算三维高速平动目标电磁散射场的方法,其特征在于包括下述步骤:步骤一:建立相对于高速平动目标静止的运动坐标系K',并确定其特征;步骤1.1:建立相对运动坐标系为K',相对运动坐标系K'相对于高速平动的目标是静止的,即相对运动坐标系K'与目标有相同的运动速度和运动方向;步骤1.2:建立相对运动坐标系K'的空间步长Δx′,Δy′,Δz′和静止坐标系K的空间步长Δx,Δy,Δz之间的关系,以及相对运动坐标系K'的时间步长Δt′和静止坐标系的Δt的关系;目标与相对运动坐标系K'有相同的速度大小v以及运动角度θ′v,
【技术特征摘要】
1.一种计算三维高速平动目标电磁散射场的方法,其特征在于包括下述步骤:步骤一:建立相对于高速平动目标静止的运动坐标系K',并确定其特征;步骤1.1:建立相对运动坐标系为K',相对运动坐标系K'相对于高速平动的目标是静止的,即相对运动坐标系K'与目标有相同的运动速度和运动方向;步骤1.2:建立相对运动坐标系K'的空间步长Δx′,Δy′,Δz′和静止坐标系K的空间步长Δx,Δy,Δz之间的关系,以及相对运动坐标系K'的时间步长Δt′和静止坐标系的Δt的关系;目标与相对运动坐标系K'有相同的速度大小v以及运动角度θ′v,其中θ′v代表运动方向与z轴正半轴的夹角,范围为0°-180°,代表运动方向投影到xoy面后与x轴正半轴的夹角,范围0°-360°,角度根据公式(1)可得到空间步长Δx′,Δy′,Δz′和Δx,Δy,Δz的关系,以及时间步长Δt′和Δt的关系:其中,c为光速,x,y,z和t是静止坐标系K中的空间分量和时间分量,x′,y′,z′和t′是相对运动坐标系K'中的空间分量和时间分量,v为目标运动速度,速度在x、y、z方向上的分量分别为vz=vcosθv,式中步骤1.3:根据Courant稳定性条件且Δx′=Δy′=Δz=δ′,确定相对运动坐标系K'中空间步长Δx′,Δy′,Δz′以及时间步长Δt′的大小,至此,相对于高速平动目标静止的运动坐标系K'建立完成;步骤二:建立杏仁体网格模型;步骤2.1:利用计算机建模,本发明的三维高速平动目标选用杏仁体,建立数学模型的控制方程如式(2)所示:其中,ψ为控制杏仁体外形在yoz平面内轨迹的角度量,取值范围-π≤ψ≤π;d为杏仁体沿x方向上的总长度;a1和a2为杏仁体在x方向上正负半轴分别占总长度的比例系数,且满足a1+a2=1;b1和b2分别为控制杏仁体在x负半轴和x正半轴在y方向和z方向长度的系数;n为控制杏仁体在z方向上长度的缩减系数,且n为大于零的整数;c1和c2为控制杏仁体x正半轴沿x方向长度的缩减系数,满足且0<c1<1,从而在x正半轴形成尖端,b1和b2满足|b1-b2(1-c1)|<10-5;根据式(2)所建立数学模型,杏仁体在x方向的尺寸范围为x∈(a1×d,a2×d),y方向的尺寸范围为y∈(-b1×d,b1×d),z方向的尺寸范围为步骤2.2:根据步骤2.1中杏仁体在x,y,z方向的尺寸范围和相对运动坐标系K'空间步长的大小,对网格数采用整数位取整,确定三维空间的散射边界,吸收边界,连接边界和总场边界,其中散射边界为i∈(Ismin,Ismax);j∈(Jsmin,Jsmax);k∈(Ksmin,Ksmax);分别代表x方向上散射边界的范围为(Ismin,Ismax),即x方向的最小值和最大值;y方向上散射边界的范围为(Jsmin,Jsmax),即y方向的最小值和最大值;z方向上散射边界的范围为(Ksmin,Ksmax),即z方向的最小值和最大值;步骤2.3:将绝对尺寸换算为网格数,若空间某网格(i,j,k)的位置满足步骤2.1中的数学模型,即坐标为(i,j,k)的网格,该网格的实际坐标为(x,y,z)=(i×Δx,j×Δy,k×Δz),其中x,y,z分别代表该网格的实际位置坐标值,Δx,Δy,Δz分别代表空间步长,i,j,k分别为该网格在x,y,z方向上的网格...
【专利技术属性】
技术研发人员:郑奎松,李亚静,徐龙飞,
申请(专利权)人:西北工业大学,
类型:发明
国别省市:陕西,61
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