基于ACA-MLFMA加速的区域分解非共形网格的快速仿真建模方法技术

基于ACA‑MLFMA加速的区域分解非共形网格的快速仿真建模方法，包含以下步骤：S1、根据目标的结构、材料特性对目标进行区域划分，然后在每个不同的区域上进行网格离散，相邻区域间的网格划分分别独立以构成非共形的网格；S2、选择合适的基函数进行局部的电磁流模拟，利用积分方程算子形成矩阵方程；S3、利用ACA‑MFLMA算法对矩阵方程开展矩阵的压缩和快速迭代以加速矩阵方程的求解，得到局部电磁流的位置感应系数，进而得到目标上的感应电磁流分布；S4、将得到的感应电磁流作为二次辐射源，计算近区电磁场分布及远场散射特性数据，分析目标的电磁场响应特征。其优点是：充分利用ACA与MLFMA各自的优点，极大的提升工程化电磁场特性求解能力。

【技术实现步骤摘要】
基于ACA-MLFMA加速的区域分解非共形网格的快速仿真建模方法
本专利技术涉及电大尺寸复杂目标电磁特性的高效快速算法，具体为一种基于ACA-MLFMA加速的区域分解非共形网格的快速仿真建模方法。
技术介绍
伴随着计算机技术的发展，计算电磁学提供的数值算法得到了越来越广泛的应用，利用计算电磁学提供的数值算法就可在计算机上对相关电磁目标进行建模、仿真和优化，大大缩短了电子产品的研发周期，从而降低了研发成本。复合材料、多尺度结构、电大尺寸等特点的出现使得常规电磁特性分析手段无法满足工程设计需求，尤其是数值方法在处理复杂问题上的高复杂度和高资源消耗特点使得常规手段无法完成电磁特性的仿真计算任务。2014年JinGongWei、JinFaLee等发表在IEEEURSI上的非专利文献“AnintegralEquationDiscontinuousGalerkinMethodforWide-bandandMulti-scaleProblems”介绍了基于积分方程的不连续伽略金方法，利用非共形网格技术开展混合场积分方程算子的加速求解，结合L2基函数的可靠性及高适应性的特点开展电磁场仿真分析。2016年NicolasMarsic，CaledoniaWaltz等发表在IEEETransactionsonMagnetics上的非专利文献“DomainDecompositionMethodsforTime-HarmonicEletromagneticWavesWithHigh-OrderWhitneyForms”介绍了一种高阶基函数的时谐场区域分解算法，通过不同阶数基函数的电磁场区收敛速度仿真分析验证了区域分解结合高阶基函数求解电磁场问题的有效性。2017年Kumar、Manoj等发表在DigitalSignalPocessing:AReviewJounal上的非专利文献“Anefficientencryption-then-compressiontechniqueforencryptedimagesusingSVD”给出了一种利用奇异值分解技术的高效电磁场特性仿真眼所技术，利用小波域较少的参数量实现空间域电磁场特性的高效建模。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于ACA-MLFMA加速的区域分解非共形网格的快速仿真建模方法，在区域分解框架下，利用自适应交叉近似算法和多层快速多极子(ACA-MLFMA)联合加速积分方程矩量法的求解能力，极大的提升复杂金属/复杂复合目标的求解能力，解决现有技术中区域分解无法满足电大尺寸电磁场求特性求解速度慢、内耗消耗大的问题，为电大尺寸复杂结构介质/金属复合目标电磁场特性分析提供技术手段和数据支撑。为了达到上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：一种基于ACA-MLFMA加速的区域分解非共形网格的快速仿真建模方法，其特征是，包含以下步骤：S1、根据目标的结构、材料特性对目标进行区域划分，然后在每个不同的区域上进行网格离散，相邻区域间的网格划分分别独立以构成非共形的网格；S2、选择合适的基函数进行局部的电磁流模拟，利用积分方程算子形成矩阵方程；S3、利用ACA-MFLMA算法对步骤S2中形成的矩阵方程开展矩阵的压缩和快速迭代以加速矩阵方程的求解，得到局部电磁流的位置感应系数，进而得到目标上的感应电磁流分布；S4、将步骤S3得到的感应电磁流作为二次辐射源，计算近区电磁场分布及远场散射特性数据，分析目标的电磁场响应特征。上述的利用ACA-MLFMA加速的区域分解非共形网格的快速仿真建模方法，其中，所述的步骤S2具体包含：利用积分方程算法对步骤S1中的离散网格开展求解，相邻区域上的感应电磁流传输同时包含电流与磁流，在采用积分方程时同时包含电场积分算法和磁场积分算法，进而形成矩阵方程。上述的利用ACA-MLFMA加速的区域分解非共形网格的快速仿真建模方法，其中，步骤S3中还包含：对于建立的矩阵方程采用最小余量残差算法开展未知系数的求解，然后得到复杂目标电磁场散射的空间分布本专利技术与现有技术相比具有以下优点：极大的提升电大尺寸复杂结构目标的电磁场求解效率，充分利用ACA与MLFMA各自的优点，发挥各自优势实现计算效率的提升，而不是以往的单独开展计算，极大的提升工程化电磁场特性求解能力。附图说明图1为本专利技术的方法流程图；图2为本专利技术实施例中的区域分解框架；图3为本专利技术实施例中ACA-MLFMA联合求解树形框架图；图4为本专利技术实施例中的计算模型及电流对比图。具体实施方式以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本专利技术做进一步阐述。如图1所示，本专利技术公开了一种基于ACA-MLFMA加速的区域分解非共形网格的快速仿真建模方法，其包含以下步骤：S1、根据目标的结构、材料特性对目标进行区域划分，然后在每个不同的区域上进行网格离散，相邻区域间的网格划分是独立的，以构成非共形的网格；较佳的，区域的划分遵循相邻部件材料参数、尺度特性差异较大时才划分为独立的区域，划分区域个数越少越好；本实施例中，模型为简易舱体模型，以材料特性参数相差30％以上、尺寸差异明显为标准，如图4所示，舱体作为待分析的电大尺寸复合金属/介质符合目标为全金属圆柱上开口矩形窗口形成，圆柱尺寸为：地面半径0.2m，高1m，开口矩形窗口大小为0.01m×0.03m，沿yoz平面对称分布8个窗口；照射频率为1GHz，激励方向为y轴入射的x极化，将目标划分为三个子区域，网格剖分尺寸分别为1/6波长，1/8波长，1/10波长；S2、选择合适的基函数进行局部的电磁流模拟，利用积分方程算子形成矩阵方程；具体的，利用积分方程算法开展对步骤S1中得到的离散网格的求解，相邻区域上的感应电磁流传输需同时包含电流与磁流，在采用积分方程时同时包含电场积分算法和磁场积分算法，进而形成矩阵方程；根据电磁场理论，外来电磁波Ei,Hi照射到目标时，在目标表面形成感应电磁流J,其在外界空间产生的散射场Es,Hs为：式中，G＝e-ikR/(4πR)为自由空间的格林函数，k为波数，为梯度算子，为散度算子，利用基函数fn(r)集将感应电流J展开：利用金属表面的切向电场为零的边界条件得到离散后的电磁场积分方程为：在上式两端利用伽略金(权函数与基函数相同)进行内积匹配，形成包含目标整体的矩阵方程；考虑到单独的电场积分方程或磁场积分方程存在谐振问题，本专利技术采用混合场积分方程避免谐振频率下无法求解的问题，即采用混合场积分方程求解，其表达式为：其中α为组合系数，表征电场分量和磁场分量的大小，其选择一般为0.2≤α≤0.5。最终形成矩阵方程：ZI＝b。根据步骤S1中的剖分策略，目标整体分为多个部件，如图2所示。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：对上式两边利用测试函数组tn(与基函数相同)做内积运算，可得到参数的弱形式为：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：式中，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：整个矩阵运算的误差为式(7)、(8)、(9)三个部分的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于ACA‑MLFMA加速的区域分解非共形网格的快速仿真建模方法，其特征在于，包含以下步骤：S1、根据目标的结构、材料特性对目标进行区域划分，然后在每个不同的区域上进行网格离散，相邻区域间的网格划分分别独立以构成非共形的网格；S2、选择合适的基函数进行局部的电磁流模拟，利用积分方程算子形成矩阵方程；S3、利用ACA‑MFLMA算法对步骤S2中形成的矩阵方程开展矩阵的压缩和快速迭代以加速矩阵方程的求解，得到局部电磁流的位置感应系数，进而得到目标上的感应电磁流分布；S4、将步骤S3得到的感应电磁流作为二次辐射源，计算近区电磁场分布及远场散射特性数据，分析目标的电磁场响应特征。

【技术特征摘要】
1.一种基于ACA-MLFMA加速的区域分解非共形网格的快速仿真建模方法，其特征在于，包含以下步骤：S1、根据目标的结构、材料特性对目标进行区域划分，然后在每个不同的区域上进行网格离散，相邻区域间的网格划分分别独立以构成非共形的网格；S2、选择合适的基函数进行局部的电磁流模拟，利用积分方程算子形成矩阵方程；S3、利用ACA-MFLMA算法对步骤S2中形成的矩阵方程开展矩阵的压缩和快速迭代以加速矩阵方程的求解，得到局部电磁流的位置感应系数，进而得到目标上的感应电磁流分布；S4、将步骤S3得到的感应电磁流作为二次辐射源，计算近区电磁场分布及远...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭良帅，廖意，梁子长，张元，
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