本发明专利技术公开了一种用于分析天线辐射和电磁散射问题的电磁仿真中多分辨预条件方法。它是一种利用几何方式在由网格聚合方式构造的叠层网格上产生多分辨基函数进而产生多分辨预条件的方法，多分辨基函数由经典的RWG基函数线性组合而成，可以方便的应用于现有的矩量法电磁仿真程序，有效改善矩量法电磁仿真过程中形成的矩阵的性态以实现对矩阵方程的迭代求解过程的加速，达到加速矩量法电磁仿真过程的目的。同时，多分辨预处理技术还可以方便的和快速算法如快速多极子算法相结合。本发明专利技术具有计算时间快，能够保证程序的高精度和计算内存需求小的优点，可以有效的提高现有的电磁仿真的计算效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电磁仿真技术，特别是一种利用矩量法快速分析天线辐射和电磁散射问题的多分辨预条件方法。
技术介绍
天线辐射和电磁散射特性在雷达系统的设计和目标识别、军用武器的隐身与反隐身、复杂环境中的电磁兼容等问题中具有十分重要的意义。天线辐射和电磁散射特性的研究手段可以分为数值仿真手段和实验手段。采取实验手段测试成本高、周期长，需要投入大量的人力和物力，随着计算机技术的不断提高，数值仿真手段已经成为设计电路、天线、电磁兼容和电磁散射等实际工程应用领域内的重要研究手段。应用于分析天线辐射和电磁散射特性的数值仿真方法主要可以分为微分方程法和积分方程法两大类， 两种方法相比，积分方程法产生的未知量远远小于微分方程法，因此，积分方程法更适合于分析天线辐射和电磁散射问题。积分方程法中最具的代表性方法为矩量法(MoM)Jfi 矩量法产生的矩阵在很多情况下是病态的，采用迭代方法求解矩量法矩阵方程需要迭代很多步才能收敛甚至不能达到收敛。为了克服这个难题，许多研究者都提出对矩阵进行预条件的思想，并已研究出了多种预条件方法，其中大多数预条件方法是基于矩阵构造而成，如，文献 K. Chen，"An analysis of sparse approximate inverse preconditioners forboundary integral equations，，，SIAM J. Matrix Anal. App 1. ,vol. 22, pp. 1058-1078, 2001构造了一种稀疏近似逆预条件方法(SAI)，该方法通过构造一个稀疏的矩阵来近似矩量法矩阵的逆矩阵；文献 K. Sertel, and J. L. Volakis, "Incomplete LU preconditioner for FMMImplementation,，，Microwave Opt. Technol. Lett. , vol. 26, no. 4, pp. 265-267, Aug. 2000构造了一种不完全LU分解预条件方法(ILU)，该方法通过不完全LU分解得到下三角矩阵和上三角矩阵.P]来近似矩量法矩阵。上述基于矩阵构造的预条件方法必须首先知道矩量法矩阵信息，才能构造能够近似矩量法矩阵本身或其逆矩阵的预条件矩阵，计算量和内存通常消耗较大，而且，基于矩阵构造的预条件方法通常只能针对某一类问题有效，而在目标体的网格剖分密度较大时基于矩阵构造的预条件方法的效果就不再稳定。文献F.Vipiana，P.Pirinoli，and G. Vecchi, “Amultiresolution method of moments for triangular meshes,"IEEE Trans. Antennas Propag.，vol. 53，no. 7，pp. 2247-2258，Jul. 2005构造了一种基于网格细分的多分辨预条件方法，与基于矩阵构造的预条件方法相比，基于网格细分的多分辨预条件的构造无需知道矩量法矩阵的信息，具有构造简单、构造和应用时的额外代价小的特点，在网格密度较大时预条件效果尤其显著。然而，基于网格细分的多分辨预条件方法它存在的缺陷是需要通过网格细分方式构造一系列的叠层网格，该叠层网格的形状由网格尺寸最大的粗层网格决定，对于复杂形状结构的建模能力受到一定的限制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于基于矩量法分析天线辐射和电磁散射问题的多分辨预条件方法，该方法具有构造预条件矩阵所需的计算量和内存消耗少、模拟性能好的优点，并可以与快速方法相结合有效减少矩阵迭代求解时间，为天线辐射和电磁散射的分析提供重要参考资料。实现本专利技术目的的技术方案为一种分析矩量法天线辐射和电磁散射问题的多分辨预条件方法，其具体实现步骤如下第一步，建立目标几何模型并产生离散网格文件根据目标的几何外形尺寸，采用计算机辅助设计工具进行建模，然后采用三角形贴片对目标模型进行离散剖分，生成描述目标外形的离散网格文件；离散目标模型的网格密度是每平方波长离散产生的三角形数目大于或等于120 ；第二步，设置激励源的相关参数对于天线问题，采用Delta-Gap电压源施加激励源；对于散射问题，采用平面波入射或者Delta-Gap电压激励；第三步，采用八叉树结构对剖分目标的三角形进行分组用一个大的立方体将目标体包围住，并定义该立方体为第零层；把该立方体等分成八个子立方体，形成八叉树结构的第一层，然后对每个子立方体进行与上一步相同的划分，以此类推直到最后一层的立方体的尺寸达到所需大小为止；根据几何位置将离散目标的三角形划分到最后一层的各个立方体中，并且形成各层立方体之间的索引关系，最终形成八叉树结构；第四步，采用网格聚合方式构造多分辨叠层网格将上述第一步中所产生的离散网格作为叠层网格的第一层；将第一层网格中的相邻的三角形聚合生成较大的网格单元， 这些大的网格单元构成多分辨叠层网格的第二层网格；将第二层网格中相邻的网格单元聚合生成更大的网格单元，这些更大的网格单元构造多分辨叠层网格的第三层网格；以此类推，通过逐层往上聚合得到分析所需的叠层网格层数；第五步，通过几何方式构造多分辨基函数这里的几何方式，是指利用类似 loop-tree基函数的构造方式，使多分辨基函数在每一层叠层网格上构造，且多分辨基函数可以写成gRWG基函数线性组合的形式。多分辨基函数是一个叠层基函数，它包括旋度基函数和无旋基函数；旋度基函数既可由围绕第一层网格上内节点的RWG基函数线性组合而成的loop基函数构成，也可由围绕各层网格上的内节点的gRWG基函数线性组合而成；最高层上的多分辨无旋基函数由在最高层网格上构造的树型结构中的gRWG基函数构成；其他层上的多分辨无旋基函数通过由在每一个上层网格单元中对本层网格单元构造的树型结构中的本层gRWG基函数构成；通过相邻层gRWG基函数之间的关系，多分辨基函数最终可以转化为第一层网格单元上定义的RWG基函数的线性组合；gRWG基函数是RWG基函数在多分辨叠层网格上的推广，它的定义方式与RWG基函数的定义方式类似，差别在于它定义在一对网格单元上；第五步中构造多分辨基函数采用的几何方式，是指利用类似loop-tree基函数的构造方式，使多分辨基函数在每一层叠层网格上构造，且多分辨基函数可以写成gRWG基函数线性组合的形式。第六步，利用快速算法填充矩量法矩阵首先将矩量法矩阵分为近场矩阵和远场矩阵两部分；近场矩阵部分直接由矩量法填充，远场矩阵部分并不填充而是由快速算法计5算得到；第七步，构造多分辨预条件矩阵首先，得到多分辨基函数与RWG基函数之间的转换矩阵；然后，通过由多分辨基函数构成的矩量法矩阵的近场矩阵构造对角预条件矩阵；最后，通过基函数转换矩阵和对角预条件矩阵构造多分辨预条件矩阵；第八步，将多分辨预条件应用于加速矩量法矩阵方程的求解过程，得到电磁特性参数首先，将多分辨预条件矩阵作用于矩量法矩阵方程两边以改变矩量法矩阵的性态； 然后，应用迭代求解器求解矩阵方程得到目标表面的电流分布；最后，利用电流分布计算获得天线或者散射问题的电磁特性参数，完成分析仿真过程。本专利技术提出的多分辨预条件方法是一种利用几何方式在由网格聚合方式构造的叠层网格上产生多分辨基函数，本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种分析天线辐射和电磁散射的多分辨预条件方法，其特征在于其具体实现步骤如下：第一步，建立目标几何模型并产生离散网格文件：根据目标的几何外形尺寸，采用计算机辅助设计工具进行建模，然后采用三角形贴片对目标模型进行离散剖分，生成描述目标外形的离散网格文件；离散目标模型的网格密度是每平方波长离散产生的三角形数目大于或等于１２０；第二步，设置激励源的相关参数：对于天线问题，采用Ｄｅｌｔａ－Ｇａｐ电压源施加激励源；对于散射问题，采用平面波入射或者Ｄｅｌｔａ－Ｇａｐ电压激励；第三步，采用八叉树结构对剖分目标的三角形进行分组：用一个大的立方体将目标体包围住，并定义该立方体为第零层；把该立方体等分成八个子立方体，形成八叉树结构的第一层，然后对每个子立方体进行与上一步相同的划分，以此类推直到最后一层的立方体的尺寸达到所需大小为止；根据几何位置将离散目标的三角形划分到最后一层的各个立方体中，并且形成各层立方体之间的索引关系，最终形成八叉树结构；第四步，采用网格聚合方式构造多分辨叠层网格：将上述第一步中所产生的离散网格作为叠层网格的第一层；将第一层网格中的相邻的三角形聚合生成较大的网格单元，这些大的网格单元构成多分辨叠层网格的第二层网格；将第二层网格中相邻的网格单元聚合生成更大的网格单元，这些更大的网格单元构造多分辨叠层网格的第三层网格；以此类推，通过逐层往上聚合得到分析所需的叠层网格层数；第五步，通过几何方式构造多分辨基函数：多分辨基函数是一个叠层基函数，它包括旋度基函数和无旋基函数；旋度基函数既可由围绕第一层网格上内节点的ＲＷＧ基函数线性组合而成的ｌｏｏｐ基函数构成，也可由围绕各层网格上的内节点的ｇＲＷＧ基函数线性组合而成；最高层上的多分辨无旋基函数由在最高层网格上构造的树型结构中的ｇＲＷＧ基函数构成；其他层上的多分辨无旋基函数通过由在每一个上层网格单元中对本层网格单元构造的树型结构中的本层ｇＲＷＧ基函数构成；通过相邻层ｇＲＷＧ基函数之间的关系，多分辨基函数最终可以转化为第一层网格单元上定义的ＲＷＧ基函数的线性组合；ｇＲＷＧ基函数是ＲＷＧ基函数在多分辨叠层网格上的推广，它的定义方式与ＲＷＧ基函数的定义方式类似，差别在于它定义在一对网格单元上；第六步，利用快速算法填充矩量法矩阵：首先将矩量法矩阵分为近场矩阵和远场矩阵两部分；近场矩阵部分直接由矩量法填充，远场矩阵部分并不填充而是由快速算法计算得到；第七步，构造多分辨预条件矩阵：首先，得到多分辨基函数与ＲＷＧ基函数之间的转换矩阵［Ｔ］；然后，通过由多分辨基函数构成的矩量法矩阵的近场矩阵构造对角预条件矩阵［Ｄ］；最后，通过基函数转换矩阵［Ｔ］和对角预条件矩阵构造多分辨预条件矩阵［Ｄ］；第八步，将多分辨预条件应用于加速矩量法矩阵方程的求解过程，得到电磁特性参数：首先，将多分辨预条件矩阵作用于矩量法矩阵方程两边以改变矩量法矩阵的性态；然后，应用迭代求解器求解矩阵方程得到目标表面的电流分布；最后，利用电流分布计算获得天线或者散射问题的电磁特性参数，完成分析仿真过程。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈如山，丁建军，樊振宏，丁大志，盛亦军，沙侃，叶晓东，陈明，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：84
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