目标发生局部变化的电磁散射快速分析方法技术

本发明专利技术公开了一种目标发生局部变化的电磁散射快速分析方法，包括如下步骤：步骤一，计算出原始目标的阻抗矩阵Z的LU分解；步骤二，对目标进行结构划分，从“母体结构”上去掉“剩余结构”，在“剩余结构”上加入“加上结构”；步骤三，求解“剩余结构”上的感应电流向量Jr；步骤四，求出“母体结构”发生局部变化之后“剩余结构”和“加上结构”上的感应电流向量Ia和Ir；步骤五，利用感应电流向量Ia和Ir可以解出剩余目标的远场雷达散射截面。本发明专利技术的目标发生局部变化的电磁散射快速分析方法可以在目标结构多次改变的情况下只需要计算一次目标阻抗矩阵的逆矩阵，降低计算复杂度，进而减少矩量法在计算电大目标发生局部变化时所需要的时间，应用范围广泛。

Fast Analysis Method of Electromagnetic Scattering for Local Change of Target

The invention discloses a fast electromagnetic scattering analysis method for local change of target, which includes the following steps: step 1, calculating the LU decomposition of the impedance matrix Z of the original target; step 2, dividing the structure of the target, removing the \residual structure\ from the \parent structure\ and adding the \additional structure\ to the \residual structure\. In step 3, the induced current vector Jr on the \residual structure\ is solved; in step 4, the induced current vectors Ia and Ir on the \residual structure\ and \plus structure\ after the local change of the \parent structure\; in step 5, the far-field radar dispersion of the remaining target can be solved by using the induced current vectors Ia and Ir. Shoot cross section. The fast electromagnetic scattering analysis method of the present invention can calculate the inverse matrix of the target impedance matrix only once when the target structure is changed many times, thus reducing the computational complexity and the time required by the moment method in calculating the local change of the electrically large target.

【技术实现步骤摘要】
目标发生局部变化的电磁散射快速分析方法
本专利技术涉及一种目标电磁散射分析方法，尤其涉及一种目标发生局部变化的电磁散射快速分析方法。
技术介绍
电大目标的电磁散射问题一直受到国内外学者的广泛关注。矩量法(MethodofMoments,MoM)将电磁积分方程转化成矩阵方程，是计算目标散射特性的有效途径。在实际电磁工程问题中，经常需要对模型形状做多次局部修改，以求找到最优解。在经过每次修改后对其重新计算的过程中，因为改变的部分远远小于总体，所以实际上做了很多重复的计算，并且传统矩量法的直接求解的复杂度为O(N3)，这里N是该目标未知量的数目，如此高的计算复杂度极大的限制了矩量法在求解该类问题中的应用。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术解决的是快速分析目标形状在占整体绝大部分的结构不变的情况下，局部结构发生改变的电磁散射的问题，本专利技术提出了一种高效求解目标结构发生局部变化的求解方法，该方法可以显著降低矩量法在计算电大目标电磁散射的计算时间。技术方案：一种目标发生局部变化的电磁散射快速分析方法，包括如下步骤：步骤一：计算出原始目标的阻抗矩阵Z的LU分解，将矩阵Z分解为一个单位下三角矩阵L和上三角矩阵U；步骤二：根据所需要进行的局部变化对目标进行结构划分，一个局部变化可以转化为两步：步骤a)，从原始结构中去掉一个小结构，步骤b)在原始结构剩余部分加上一个小结构，原始的目标称之为“母体结构”，需从导体目标减去的小结构体称之为“减去结构”，减去之后剩余的结构称之为“剩余结构”，需要加上的结构称之为“加上结构”，与局部变化转化的两步相应的矩量法矩阵方程为：其中，Zrr，Zss，Zaa分别表示“剩余结构”，“减去结构”和“加上结构”的子阻抗矩阵，Zrs和Zsr表示“剩余结构”和“减去结构”之间的互阻抗矩阵，Zra和Zar表示“剩余结构”和“加上结构”之间的互阻抗矩阵，Vr，Vs和Va分别表示“剩余结构”，“减去结构”和“加上结构”上的电压向量，Jr和Js表示“母体结构”在平面波照射下，“剩余结构”和“减去结构”上的感应电流，Ir和Ia表示发生局部变化之后的“母体结构”在平面波照射下，“剩余结构”和“加上结构”上的感应电流；式(1)和(2)的解可以表示为其中，Xrr，Xrs，Xsr，Xss是的逆矩阵的子矩阵，Yrr，Yra，Yar，Yaa是的逆矩阵的子矩阵。步骤三：求解剩余结构上的感应电流向量Jr，根据分块矩阵求逆公式和Sherman-Morrison-Woodbury公式解矩阵方程组ZrrJr＝Vr，得到剩余部分电流向量Jr：式(5)中，Ar和As是求解过程中用于辅助计算的矩阵，Pss是求解过程中用于辅助计算的矩阵，可以通过求解方程(6)得到，在步骤一求得Z的LU分解后，通过计算矩阵L和矩阵U的逆矩阵，可以解出方程(6)的结果。式(5)中，Pss表达式为：Pss＝(E-ZsrXrs)-1(7)式(7)中，E为单位矩阵，Xrs通过求解方程(8)得到，在步骤一求得Z的LU分解后，通过计算矩阵L和矩阵U的逆矩阵，可以解出方程(8)的结果。步骤四：求出“母体结构”发生局部变化之后“剩余结构”和“加上结构”上的感应电流向量Ir和Ia，首先求解电流向量Ia，根据分块矩阵求逆公式和Sherman-Morrison-Woodbury公式，可以得出：Ia＝Yaa(Va-ZarJr)(9)式(9)中，Jr已经都在步骤三中求出，Yaa的表达式为：式(10)中，利用式(11)计算：式(11)中，Bra，Bsa是求解过程中用于辅助计算的矩阵，可以通过求解方程(12)得到，在步骤一求得Z的LU分解后，通过计算矩阵L和矩阵U的逆矩阵，可以解出方程(12)的结果。至此，电流向量Ia已经被求解出来，接下来求解电流向量Ir。Ir＝Cr+YrsPssZsrCr(13)式(13)中，Cr，Cs是求解过程中用于辅助计算的矩阵，可以通过求解方程(14)得到，在步骤一求得Z的LU分解后，通过计算矩阵L和矩阵U的逆矩阵，可以解出方程(14)的结果。利用感应电流向量Ir和Ia即可解出结构的远场雷达散射截面的值；步骤五：利用感应电流向量Ir和Ia可以解出剩余目标的远场雷达散射截面，雷达散射截面的定义可以表示为：其中，Es为远场的散射电场的电场强度，Ei为入射电场的电场强度。有益效果：1、高效数值仿真方法：由于本专利技术提出的局部求解方法在目标结构多次改变的情况下只需要计算一次目标阻抗矩阵的逆矩阵，目的是降低计算复杂度，进而减少矩量法在计算电大目标发生局部变化时所需要的时间。2、应用范围广泛：本专利技术提出的局部求解方法可以应用到多种电磁仿真问题，例如飞机起飞前后的电磁散射问题，飞机舱门打开前后的电磁仿真等。附图说明图1是本专利技术结构划分示意图；图2是本专利技术解决的导体目标的电磁散射问题的示意图；图3是本专利技术计算的模型示意图；图4是本专利技术模型RCS计算结果。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做更进一步的解释。本专利技术采用矩量法中局部求解的方法可以解决重复计算的问题，从而提高求解速度。所谓局部求解，即先计算导体目标中不变的结构的阻抗矩阵，这一部分占整体结构的绝大部分，只需要计算一次，之后计算变化结构的自阻抗矩阵以及它们与不变结构的互阻抗矩阵。局部求解分为两步：第一步是在母体结构中减去一个自由体结构，第二步是在减去后的母体结构上添加一个的自由体结构，比如在舰船上寻找天线分布最优位置时，天线每一次的改变位置就是先减去原来位置的天线再加上新位置的天线来求解，即先计算天线在初始位置时舰船的阻抗矩阵逆矩阵Z-1，天线移除后的剩余部分的阻抗矩阵的逆矩阵的信息可以通过Z-1得到，天线移动到新位置时整体的电磁散射第二步求得，这样只需要计算一次Z-1,而不需要对进行重复计算如附图2所示，为了得到舰载天线的最优的辐射特性，需要对天线的位置和尺寸进行多次修改并进行仿真计算，以确定天线在舰船上的最佳位置和尺寸。如果直接对舰船和天线进行不断剖分和计算，是非常耗时的。而对于整体的舰船结构来说，天线结构其实只占很小一部分。而本专利技术解决的就是快速分析导体目标的绝大部分结构不变的情况下局部结构发生改变的电磁散射的问题。本专利技术称之为一种快速分析导体目标局部变化的电磁散射方法，该方法包括以下4个步骤：步骤一：计算出原始目标的阻抗矩阵Z的LU分解，LU分解是矩阵分解的一种，该方法可以将矩阵Z分解为一个单位下三角矩阵L和上三角矩阵U。步骤二：如附图1所示，根据所需要进行的局部变化对目标进行结构划分。因为任何一个局部变化都可以转化为如下两步：步骤a)，从原始结构中去掉一个小结构，步骤b)，在原始结构剩余部分加上一个小结构，如图1所示，这里，原始的目标称之为“母体结构”，用符号m表示，需从导体目标减去的小结构体称之为“减去结构”，用符号s表示，减去之后剩余的结构称之为“剩余结构”，用符号r表示，需要加上的结构称之为“加上结构”，用符号a表示。既然局部变化问题被转化为上述的两步，然后与这两步相应的矩量法矩阵方程为：其中，Zrr，Zss，Zaa分别表示“剩余结构”，“减去结构”和“加上结构”的子阻抗矩阵。Zrs和Zsr表示“剩余结构”和“减去结构”之间的互阻抗矩阵。Zra和Zar表示“剩余结构”和“加上结构”之间的互阻抗矩阵。Vr，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种目标发生局部变化的电磁散射快速分析方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：计算出原始目标的阻抗矩阵Z的LU分解，将矩阵Z分解为一个单位下三角矩阵L和上三角矩阵U；步骤二：根据所需要进行的局部变化对目标进行结构划分，一个局部变化可以转化为两步：步骤a)，从原始结构中去掉一个小结构，步骤b)在原始结构剩余部分加上一个小结构，原始的目标称之为“母体结构”，需从导体目标减去的小结构体称之为“减去结构”，减去之后剩余的结构称之为“剩余结构”，需要加上的结构称之为“加上结构”，与局部变化转化的两步相应的矩量法矩阵方程为：

【技术特征摘要】
1.一种目标发生局部变化的电磁散射快速分析方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：计算出原始目标的阻抗矩阵Z的LU分解，将矩阵Z分解为一个单位下三角矩阵L和上三角矩阵U；步骤二：根据所需要进行的局部变化对目标进行结构划分，一个局部变化可以转化为两步：步骤a)，从原始结构中去掉一个小结构，步骤b)在原始结构剩余部分加上一个小结构，原始的目标称之为“母体结构”，需从导体目标减去的小结构体称之为“减去结构”，减去之后剩余的结构称之为“剩余结构”，需要加上的结构称之为“加上结构”，与局部变化转化的两步相应的矩量法矩阵方程为：其中，Zrr，Zss，Zaa分别表示“剩余结构”，“减去结构”和“加上结构”的子阻抗矩阵，Zrs和Zsr表示“剩余结构”和“减去结构”之间的互阻抗矩阵，Zra和Zar表示“剩余结构”和“加上结构”之间的互阻抗矩阵，Vr，Vs和Va分别表示“剩余结构”，“减去结构”和“加上结构”上的电压向量，Jr和Js表示“母体结构”在平面波照射下，“剩余结构”和“减去结构”上的感应电流，Ir和Ia表示发生局部变化之后的“母体结构”在平面波照射下，“剩余结构”和“加上结构”上的感应电流；式(1)和(2)的解可以表示为其中，Xrr，Xrs，Xsr，Xss是的逆矩阵的子矩阵，Yrr，Yra，Yar，Yaa是的逆矩阵的子矩阵。步骤三：求解剩余结构上的感应电流向量Jr，根据分块矩阵求逆公式和Sherman-Morrison-Woodbury公式解矩阵方程组ZrrJr＝Vr，得到剩余部分电流向量Jr：式(5)中，Ar和As是求解过程中用于辅助计算的矩阵，Ps...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈新蕾，申子昂，张杨，顾长青，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32