一种基于测算融合的金属-介质复合结构电磁散射预测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于测算融合的金属

【技术实现步骤摘要】
一种基于测算融合的金属
‑
介质复合结构电磁散射预测方法


[0001]本专利技术属于电磁散射特征研究
，更具体地，涉及一种针对含介质材料的复合结构电磁散射仿真预测，可适用于目标应用雷达波隐身介质材料后的电磁散射特性评估。

技术介绍

[0002]从散射特征上，传统以目标外表面大倾角外飘或内倾等方式为主的外形隐身技术，虽然对目标电磁散射特性控制缩减发挥了一定作用，但效果非常有限，同时也带来了舱容利用率、有效承载降低等问题。随着雷达波隐身介质材料技术的发展，介质材料在各类目标平台上的应用已经成为必然趋势，如何预测并掌控雷达波隐身介质材料的应用效果，已经成为各目标平台型号工程设计的关键技术之一，金属
‑
介质复合结构电磁散射预测作为材料应用设计必不可少的量化评估手段，通过获取目标电磁散射特性即雷达散射截面的变化，掌握各种隐身措施对全舰RCS控制的改善效果。
[0003]目标电磁散射预测的准确程度，决定了目标结构仿真模拟的逼真度。理论上，全波数值方法具有几何、电磁参数表征完整的优点，可实现对复合结构电磁散射的准确建模，但在处理大尺度目标微波频段散射问题时，会因为超大规模的网格离散而受到计算资源的限制，且极易引起迭代误差。在全波方法难以满足工程应用需求的情况下，目前，主要采用光学计算方法对大尺度复杂目标电磁散射特性进行仿真预测，该方法虽然计算效率高，但通常适用于电大尺度理想导体目标，对材料的仿真准确性无法保证，制约了电磁散射预测的精度。如何既能发挥光学近似算法的优势，又能准确计算介质材料的影响，是雷达波隐身介质材料应用效果预测的关键难题。
[0004]目前，关于采用测算融合方法的复合结构电磁散射预测方法尚属空白，因此，如何实现基于测算融合的金属
‑
介质复合结构电磁散射预测方法是目前亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]针对预测并掌控雷达波隐身介质材料的应用效果的需求，提出一种基于测算融合的金属
‑
介质复合结构电磁散射预测方法，基于“测算融合”思想，将整个问题的求解归结为不同区域电磁散射场的矢量叠加，通过区域边界的关联处理，实现测试和计算的协同运用，实现目标电磁散射特性预测的准确性和高效性。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于测算融合的金属
‑
介质复合结构电磁散射预测方法，包括：
[0007](1)对于非均匀单层介质或多层介质，采用反射系数对介质材料电磁特性进行表征；
[0008](2)建立介质材料反射场和表面反射系数的关联，利用基于反射场测试数据的反射系数替代介质材料反射特性；
[0009](3)针对多尺度结构进行电磁网格拟合的金属结构电磁建模，并进行面元剖分；
[0010](4)基于等效电磁流机理，进行雷达波入射下的表面直接反射和结构间互耦散射分析；
[0011](5)将反射系数测试结果与光学计算进行关联，得到散射场，并确定测算融合数据格式；
[0012](6)在雷达波每个入射角度下，将虚拟孔径面划分为多个子孔径面，并把每个子孔径面对应的线程分配给不同的GPU节点进行并行计算。
[0013]在一些可选的实施方案中，步骤(1)包括：
[0014]对于单层介质材料，电磁波投射到介质0和介质1的表面发生反射，介质0为空气，介质1是贴敷在金属平板上的介质材料，获取单层介质涂敷平板的TE波和TM波反射系数；
[0015]多层介质材料反射系数基于各层介质材料反射系数，通过每层之间反射系数的递推，来获得最上层的反射系数。
[0016]在一些可选的实施方案中，步骤(2)包括：
[0017]考虑各项同性的均匀介质，测试一组不同入射方向下的表面反射场，对于每一个入射方向，根据反射场的幅度和相位获得相应反射方向的散射系数，并使用插值获取不同入射方向下的反射系数。
[0018]在一些可选的实施方案中，步骤(3)包括：
[0019]对于任意复杂电磁结构的预处理，基于多参量判断，根据局域特殊性进行非均匀网格划分；
[0020]对复杂曲率结构的网格处理，基于网格特征区域划分、曲面重构和非均匀网格处理，根据原始曲面边界点信息，采用等参数线结构控制点提取，并基于多参量信息，建立局域特殊性变形网格处理。
[0021]在一些可选的实施方案中，步骤(4)包括：
[0022]由进行雷达波入射下的表面直接反射和结构间互耦散射分析，其中，为表面反射总磁场，为表面反射总电场，为表面直接反射磁场，为表面直接反射电场，为结构间互耦散射磁场，为结构间互耦散射电场。
[0023]在一些可选的实施方案中，步骤(5)包括：
[0024]由得到散射场，其中，s1为闭合曲面、为散射波的矢径、为s1曲面的外法向量、为与入射平面垂直方向、为入
射波的矢径、r
′
为源点的矢径。
[0025]在一些可选的实施方案中，步骤(6)包括：
[0026]在雷达波每个入射角度下，将虚拟孔径面划分为多个子孔径面，并把每个子孔径面对应的线程分配给不同的GPU节点，每个节点计算本节点的子孔径面对应的散射场后，记录其计算时间，并将所有的计算时间广播至每个GPU节点；
[0027]对于第一个入射角度，均匀划分孔径面，而对于随后的入射角度都基于前一角度所记录的计算时间来动态调整孔径面的划分以便达到节点间的负载均衡。
[0028]在一些可选的实施方案中，基于有两种策略相结合的方式实现基于GPU集群的并行弹跳射线法，第一种是将连续的角度对应的计算任务分配给各个GPU；第二种是在每个入射角度下，按照参与计算的GPU数量将虚拟孔径面划分为多个子孔径面。
[0029]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
[0030](1)采用反射系数对介质材料的电磁特性进行表征，解决介电常数和磁导率无法直接获取导致的介质材料建模难题；
[0031](2)采用测算融合的方法，建立介质材料反射场和表面反射系数的关联，利用基于反射场测试数据的反射系数替代介质材料反射特性计算，解决介质材料难以直接建模计算的难题。
附图说明
[0032]图1是本专利技术实施例提供的一种基于测算融合的金属
‑
介质复合结构电磁散射预测流程；
[0033]图2是本专利技术实施例提供的一种单层介质的反射示意图；
[0034]图3是本专利技术实施例提供的一种多层介质示意图；
[0035]图4是本专利技术实施例提供的一种平面的反射示意图；
[0036]图5是本专利技术实施例提供的一种局域特殊性变形网格处理方法流程图；
[0037]图6是本专利技术实施例提供的一种光学射线计算方法法的两种并行策略，其中，(a)为角度分配策略，(b)为参考面划分策略；
[0038]图7是本专利技术实施例提供的一种采用隐身介质材料的组合目标；
[0039]图8是本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于测算融合的金属
‑
介质复合结构电磁散射预测方法，其特征在于，包括：(1)对于非均匀单层介质或多层介质，采用反射系数对介质材料电磁特性进行表征；(2)建立介质材料反射场和表面反射系数的关联，利用基于反射场测试数据的反射系数替代介质材料反射特性；(3)针对多尺度结构进行电磁网格拟合的金属结构电磁建模，并进行面元剖分；(4)基于等效电磁流机理，进行雷达波入射下的表面直接反射和结构间互耦散射分析；(5)将反射系数测试结果与光学计算进行关联，得到散射场，并确定测算融合数据格式；(6)在雷达波每个入射角度下，将虚拟孔径面划分为多个子孔径面，并把每个子孔径面对应的线程分配给不同的GPU节点进行并行计算。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)包括：对于单层介质材料，电磁波投射到介质0和介质1的表面发生反射，介质0为空气，介质1是贴敷在金属平板上的介质材料，获取单层介质涂敷平板的TE波和TM波反射系数；多层介质材料反射系数基于各层介质材料反射系数，通过每层之间反射系数的递推，来获得最上层的反射系数。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(2)包括：考虑各项同性的均匀介质，测试一组不同入射方向下的表面反射场，对于每一个入射方向，根据反射场的幅度和相位获得相应反射方向的散射系数，并使用插值获取不同入射方向下的反射系数。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(3)包括：对于任意复杂电磁结构的预处理，基于多参量判断，根据局域特殊性进行非均...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴楠，冀航，肖龙，伍茂松，江云峰，
申请(专利权)人：中国舰船研究设计中心，
类型：发明
国别省市：