一种适用于矩量法的近场数据快速无损压缩存储方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于矩量法的近场数据快速无损压缩存储方法，包括以下步骤S1.加载CAD网格模型；S2.转换得到系统矩阵和右侧激励项；S3.计算出每个网格顶点电场和磁场；S4.将步骤S1得到CAD面元网格模型的点列表和点连接列表导出网格数据文件；并将步骤S3得到的每个网格顶点的电场和磁场数据导出成近场数据文件；S5.将导出近场数据文件和导出的网格数据文件读取进内存，分别建立CAD面元网格模型每个点与近场数据文件中电场和磁场数据的映射；S6.对内存中的近场数据和网格数据进行压缩，并写入二进制文件；S7.借助于rar压缩工具将步骤S6得到的数据进行二次压缩，得到最终的压缩存储文件。本发明专利技术能够有效降低近场数据的存储空间，且数据格式能够适用于海量数据的存储。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于矩量法的近场数据快速无损压缩存储方法
本专利技术涉及电磁环境数据存储，特别是涉及一种适用于矩量法的近场数据快速无损压缩存储方法。
技术介绍
电磁环境数据库在进行设备测试、场景模拟等情况下具有着非常重要的作用，电磁环境数据库中的数据主要包含天线的近场数据和远场数据；对于近场数据而言，一般通过传统矩量法得到的天线近场数据，但是这些数据占用硬盘空间很大，具有很大的冗余，且数据格式不适用于海量数据存储，也不适用于对存储长度要求非常严格的场合。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于矩量法的近场数据快速无损压缩存储方法，能够有效降低近场数据的存储空间，且数据格式能够适用于海量数据的存储。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种适用于矩量法的近场数据快速无损压缩存储方法，包括以下步骤：S1.加载CAD网格模型：从nastran格式的目标对象网格模型文件中提取CAD面元网格模型的点列表和点连接列表，设置材料的电磁参数信息和模型激励源参数，完成电磁模型创建工作；优选地，所述目标对象包括天线、电路，或天线与电路形成的复杂组合体。S2.将提取的CAD面元网格模型、设置的材料电磁参数信息，以及激励源参数转换成系统矩阵[A]nbase×nbase和右侧激励项[rhs]nbase；S3.确定CAD面元网格模型的点列表中每个网格顶点电场和磁场的近场计算公式，并据此计算出每个网格顶点电场和磁场；S4.将步骤S1得到CAD面元网格模型的点列表和点连接列表导出网格数据文件；并将步骤S3得到的每个网格顶点的近场电场和磁场数据导出成近场数据文件；S5.将导出近场数据文件和导出的网格数据文件读取进内存，分别建立CAD面元网格模型每个网格顶点与近场数据文件中电场和磁场数据的映射；S6.对内存中的近场数据和网格数据进行压缩，并写入二进制文件；S7.借助于rar压缩工具将步骤S6得到的数据进行二次压缩，得到最终的压缩存储文件。所述步骤S2包括：S201.将CAD面元网格模型中的点列表和点连接列表通过RWG基函数的格式转换成矩量法所需的基函数，设nbase为电磁模型中所有基函数未知量总数，材料的电磁参数信息包括磁导率μl和介电常数εl；激励源参数包括源点所在基函数区域的位置矢量和入射场分布；S202.转换得到系统矩阵[A]nbase×nbase：设amn为[A]nbase×nbase的第m行第n列元素，则amn填充公式如下：其中，G为三维格林函数；ω＝2πf0为角频率；f0为频率；为哈密尔顿算子；fm和fn为第m个和第n个基函数；r′为源点所在区域即fn区域内的位置矢量；r为场点所在区域即fm区域内的位置矢量；S203.转换得到右侧激励项[rhs]nbase：设rhsm为右侧激励项[rhs]nbase中的第m个元素，则填充公式如下：式中，为第m个基函数域内的入射场分布；S204.通过矩阵求解计算求解[A]nbase×nbasex＝[rhs]nbase得到x，作为每个基函数ibase未知量上的电流量x[ibase]，ibase为1到nbase的整数下标。所述步骤S3中，CAD面元网格模型的点列表中每个点电场和磁场的近场计算公式为：其中，J为电流分布，M为磁流分布，计算域S′为所有面元组成的区域，r′为面元区域内的位置矢量，k为自由空间波数；将E(r)沿x，y，z三个方向进行投影，得到Ex、Ey、Ez；将H(r)沿x，y，z三个方向进行投影，得到Hx、Hy、Hz。所述步骤S4中，近场数据文件的存储格式为维度为nPoint*12的二维浮点数，即每个网格顶点的近场数据文件包括12列数据，每个点的近场数据为一列，存储格式为：第一列数据为re(Ex)，第二列数据为im(Ex)，第三列数据为re(Ey)，第四列数据为im(Ey)，第五列数据为re(Ez)，第六列数据为im(Ez)，第七列数据为re(Hx)，第八列的数据为im(Hx)，第九列的数据为re(Hy)，第十列的数据为im(Hy)，第十一列的数据为re(Ez)，第十二列的数据为im(Ez)；其中，re(K)为取复数数组K的实部，im(K)为取复数数组K的虚部，Ex、Ey、Ez、Hx、Hy、Hz均为一维复数数组，Ex、Ey、Ez分别表示x，y，z三个方向上网格顶点的电场，Hx、Hy、Hz表示x，y，z三个方向上网格顶点的磁场。所述步骤S6包括：S601..对内存中加载的近场数据格式作如下归一化处理：按照用户需求设定如下参数：空间分辨率:Sr、动态范围:Dr、幅度分辨率:Mr、相位分辨率:Pr，其中：20≤Sr≤300；20≤Dr≤300；Dr≤Sr；0.01≤Mr≤1；0.1≤Pe≤5；在计算前对Mr和Pr的值进行处理：Nmr＝ceil(log2Sr/Me)Npr＝ceil(log2360/Pr)其中，Nmr为幅度存储位数，Npr为相位存储位数；S602.对于每一个网格顶点的近场数据进行离散压缩处理：第一步、从文件中读取的nPoint*12的二维浮点数组，每一个浮点即一个网格顶点，将该网格顶点的近场数据文件，将其恢复为：Ex、Ey、Ez、Hx、Hy、Hz，分别表示各个方向上的该网格顶点的电场或磁场；对每一个网格顶点进行总场计算，公式为：Etot＝10*log10(|Ex|2+|Ey|2+|Ez|2+1e-30)Htot＝10*log10(|Hx|2+|Hy|2+|Hz|2+1e-30)其中，1e-30的作用是为了保证log10取值的有效性；Etot和Htot都是一维实数数组，长度为nPoint；第二步、取各个网格顶点处Etot的最大值记为Emax，取各个网格顶点处Htot的最大值记为Hmax；第三步、对于任一个网格顶点的Ex、Ey、Ez和Hx、Hy、Hz进行处理：A01.判断是否满足：Etot＜Emax-Dr,若满足，Ex、Ey、Ez全部置0，不满足，Ex、Ey、Ez不变；同理，判断是否满足Htot＜Hmax-Dr若满足，则Hx、Hy、Hz全部置0，若不满足，则Hx、Hy、Hz不变；A02.根据步骤A01得到的结果再次进行处理：判断是否满足20*log10(|Ex|+1e-30)<Etot-Sr,若满足，Ex置0，若不满足，Ex不变；判断是否满足20*log10(|Ey|+1e-30)<Etot-Sr,若满足，Ey置0，若不满足，Ey不变；判断是否满足20*log10(|Ez|+1e-30)<Etot-Sr,若满足，Ez置0，若不满足，Ez不变；判断是否满足20*log10(|Hx|+1e-30)<Htot-Sr,若满足，Hx置0，若不满足，Hx不变；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于矩量法的近场数据快速无损压缩存储方法，其特征在于：包括以下步骤：/nS1.加载CAD网格模型：/n从nastran格式的目标对象网格模型文件中提取CAD面元网格模型的点列表和点连接列表，设置材料电磁参数信息和模型激励源参数，完成电磁模型创建工作；/nS2.将提取的CAD面元网格模型、设置的材料电磁参数信息，以及设置的激励源参数转换成系统矩阵[A]

【技术特征摘要】
1.一种适用于矩量法的近场数据快速无损压缩存储方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.加载CAD网格模型：
从nastran格式的目标对象网格模型文件中提取CAD面元网格模型的点列表和点连接列表，设置材料电磁参数信息和模型激励源参数，完成电磁模型创建工作；
S2.将提取的CAD面元网格模型、设置的材料电磁参数信息，以及设置的激励源参数转换成系统矩阵[A]nbase×nbase和右侧激励项[rhs]nbase；
S3.确定CAD面元网格模型的点列表中每个网格顶点电场和磁场的近场计算公式，并据此计算出每个网格顶点电场和磁场；
S4.将步骤S1得到CAD面元网格模型的点列表和点连接列表导出网格数据文件；并将步骤S3得到的每个网格顶点的电场和磁场数据导出成近场数据文件；
S5.将导出近场数据文件和导出的网格数据文件读取进内存，分别建立CAD面元网格模型每个网格顶点与近场数据文件中电场和磁场数据的映射；
S6.对内存中的近场数据和网格数据进行压缩，并写入二进制文件；
S7.借助于rar压缩工具将步骤S6得到的数据进行二次压缩，得到最终的压缩存储文件。


2.根据权利要求1所述的一种适用于矩量法的近场数据快速无损压缩存储方法，其特征在于：所述步骤S2包括：
S201.将CAD面元网格模型中的点列表和点连接列表通过RWG基函数的格式转换成矩量法所需的基函数，设nbase为电磁模型中所有基函数未知量总数，材料的电磁参数信息包括磁导率μl和介电常数εl；激励源参数包括源点所在基函数区域的位置矢量和入射场分布；
S202.转换得到系统矩阵[A]nbase×nbase：设amn为[A]nbase×nbase的第m行第n列元素，则amn填充公式如下：



其中，G为三维格林函数；ω＝2πf0为角频率；f0为频率；为哈密尔顿算子；fm和fn为第m个和第n个基函数；r′为源点所在区域即fn区域内的位置矢量；r为场点所在区域即fm区域内的位置矢量；
S203.转换得到右侧激励项[rhs]nbase：设rhsm为右侧激励项[rhs]nbase中的第m个元素，则填充公式如下：



式中，为第m个基函数域内的入射场分布；
S204.通过矩阵求解计算求解[A]nbase×nbasex＝[rhs]nbase得到x，作为每个基函数ibase未知量上的电流量x[ibase]，ibase为1到nbase的整数下标。


3.根据权利要求1所述的一种适用于矩量法的近场数据快速无损压缩存储方法，其特征在于：所述步骤S3中，CAD面元网格模型的点列表中每个点电场和磁场的近场计算公式为：






其中，J为电流分布，M为磁流分布，计算域S′为所有面元组成的区域，r′为面元区域内的位置矢量，k为自由空间波数；将E(r)沿x，y，z三个方向进行投影，得到Ex、Ey、Ez；将H(r)沿x，y，z三个方向进行投影，得到Hx、Hy、Hz。


4.根据权利要求1所述的一种适用于矩量法的近场数据快速无损压缩存储方法，其特征在于：所述步骤S4中，近场数据文件的存储格式为维度为nPoint*12的二维浮点数，即每个网格顶点的近场数据文件包括12列数据，每个点的近场数据为一列，存储格式为：
第一列数据为re(Ex)，第二列数据为im(Ex)，第三列数据为re(Ey)，第四列数据为im(Ey)，第五列数据为re(Ez)，第六列数据为im(Ez)，第七列数据为re(Hx)，第八列的数据为im(Hx)，第九列的数据为re(Hy)，第十列的数据为im(Hy)，第十一列的数据为re(Ez)，第十二列的数据为im(Ez)；
其中，re(K)为取复数数组K的实部，im(K)为取复数数组K的虚部，Ex、Ey、Ez、Hx、Hy...

【专利技术属性】
技术研发人员：李尧尧，蔡少雄，胡蓉，曹成，王紫阳，苏东林，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11