[发明专利]电大复杂外形金属目标混合建模及电磁散射快速仿真方法在审

专利信息
申请号: 201310342884.4 申请日: 2013-08-08
公开(公告)号: CN104346488A 公开(公告)日: 2015-02-11
发明(设计)人: 陈如山;丁大志;樊振宏;何姿 申请(专利权)人: 南京理工大学
主分类号: G06F17/50 分类号: G06F17/50
代理公司: 南京理工大学专利中心 32203 代理人: 马鲁晋
地址: 210094 *** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 电大 复杂 外形 金属 目标 混合 建模 电磁 散射 快速 仿真 方法
【权利要求书】:

1.一种电大复杂外形金属目标混合建模及电磁散射快速仿真方法,其特征在于,步骤如下:

步骤1、建立物体的离散模型,确定抛物线的轴向方向作为x轴,采用等间距或者不等间距网格对物体沿抛物线的轴向方向进行离散处理,形成垂直于x轴的若干个切面,之后确定每个切面所切物体的边界点,所有切面上的边界点形成物体的离散模型;

步骤2、构造矩阵方程,在x方向使用CN差分格式获取相邻两个切面间的关系,在y、z方向采用RPIM构造形函数及其空间导数,并且引入散射体表面总场切向分量为0以及散射场散度为0的边界条件,联立构造出矩阵方程;

步骤3、对各个面上的节点电场值进行递推求解,通过不断更新边界点的信息以及方程的右边向量来求解下一个切面上各个离散节点处的电场值;

步骤4、对最后一个切面的电场值进行后处理,具体为:求解最后一个切面的矩阵方程,得到离散节点处的电场值,根据近场的电场值确定雷达散射截面积。

2.根据权利要求1所述的电大复杂外形金属目标混合建模及电磁散射快速仿真方法,其特征在于,步骤1中确定每个切面所切物体的边界点具体包括以下步骤:

步骤1-1、确定物体在x、y、z方向的最小坐标值以及最大坐标值;

步骤1-2、确定x方向上的离散间隔为delx,所述delx的长度小于十分之一的电波长,垂直于x轴的若干个切面方程为:x=n*delx(n=0,1,2,...[(max_x-min_x)/delx]),其中max_x代表x方向最大坐标值,min_x代表x方向最小坐标值,[]代表向下取整数,物体与x方向离散出来的一系列的切面相切,之后通过点与面之间的几何关系求解出各个切面上物体的边界点;

步骤1-3、根据物体的几何关系,确定处于物体内部的离散节点、处于物体边界上的离散节点、空气层的离散节点以及PML层对应的离散节点。

3.根据权利要求1所述的电大复杂外形金属目标混合建模及电磁散射快速仿真方法,其特征在于,步骤2中构造矩阵方程具体包括以下步骤:

步骤2-1、在三维情况下,标准矢量抛物线方程表示为:

2uxsy2(x,y,z)+2uxsz2(x,y,z)+2ikuxsx(x,y,z)=02uysy2(x,y,z)+2uysz2(x,y,z)+2ikuysx(x,y,z)=02uzsy2(x,y,z)+2uzsz2(x,y,z)+2ikuzsx(x,y,z)=0]]>

式中,分别代表波函数在x,y,z方向的分量,分别代表电场在x,y,z方向的分量,k为波数,i为虚数;

对x方向的求导由CN差分可得:

ux(x+Δx,y,z)-iΔx2k(2y2+2z2)ux(x+Δx,y,z)=ux(x,y,z)]]>

uy(x+Δx,y,z)-iΔx2k(2y2+2z2)uy(x+Δx,y,z)=uy(x,y,z)]]>

uz(x+Δx,y,z)iΔx2k-(2y2+2z2)uz(x+Δx,y,z)=uz(x,y,z)]]>

其中,Δx代表前后两个切面的间距,对y、z方向的求导采用RPIM构造形函数及其空间导数,电场u(x,y,z)通过形函数展开,形式如下所示:

u(x,y,z)=Φ(x,y,z)US(x,y,z)

US(x,y,z)为待求的电场系数,Φ(x,y,z)=[Φ1(x,y,z),Φ2(x,y,z),...,ΦN(x,y,z)]为形函数,N为支撑域内离散节点的个数,对u(x,y,z)的求导可以通过对Φ(x,y,z)求导实现;

步骤2-2、在PML媒质中,矢量抛物线方程表示为:

(11-(y))22uxs(x,y,z)y2+2iσ0y(1-(y))3δ2uxs(x,y,z)y+(11-(z))22uxs(x,y,z)z2+2iσ0z(1-(z))3δ2uxs(x,y,z)z+2ikuxs(x,y,z)x=0(11-(y))22uys(x,y,z)y2+2iσ0y(1-(y))3δ2uys(x,y,z)y+(11-(z))22uys(x,y,z)z2+2iσ0z(1-(z))3δ2uys(x,y,z)z+2ikuys(x,y,z)x=0(11-(y))22uzs(x,y,z)y2+2iσ0y(1-(y))3δ2uzs(x,y,z)y+(11-(z))22uzs(x,y,z)z2+2iσ0z(1-(z))3δ2uzs(x,y,z)z+2ikuzs(x,y,z)x=0]]>

式中,σ()代表电损耗的函数,σ0代表电损耗的系数,δ代表趋肤深度的系数;

对x方向的求导由CN差分可得:

ux(x+Δx,y,z)-(11-(y))22y2ux(x+Δx,y,z)-2iσ0y(1-(y))3δ2yux(x+Δx,y,z)]]>

-(11-(z))22z2ux(x+Δx,y,z)-2iσ0z(1-(z))3δ2zux(x+Δx,y,z)=ux(x,y,z)]]>

uy(x+Δx,y,z)-(11-(y))22y2uy(x+Δx,y,z)-2iσ0y(1-(y))3δ2yuy(x+Δx,y,z)]]>

-(11-(z))22z2uy(x+Δx,y,z)-2iσ0z(1-(z))3δ2zuy(x+Δx,y,z)=uy(x,y,z)]]>

uz(x+Δx,y,z)-(11-(y))22y2uz(x+Δx,y,z)-2iσ0y(1-(y))3δ2yuz(x+Δx,y,z)]]>

-(11-(z))22z2uz(x+Δx,y,z)-2iσ0z(1-(z))3δ2zuz(x+Δx,y,z)=uz(x,y,z)]]>

对y、z方向的求导采用RPIM构造形函数及其空间导数;

步骤2-3、对于物体边界点,假设P为散射体表面上的点,n=(nx,ny,nz)为P点的法向方向,在完全纯导体的表面上n×E=0,即

n(P)×Es(P)=-n(P)×Ei(P)

式中,Ei代表入射电场,由上式可得对应的三个方程:

nxEy(p)-nyEx(p)=0nxEz(p)-nzEx(p)=0nyEz(p)-nzEy(p)=0]]>

可以将上面方程变为:

nxuys(p)-nyuxs(p)=-e-ikx(nxEyi(p)-nyExi(p))nxuzs(p)-nzuxs(p)=-e-ikx(nxEzi(p)-nzExi(p))nyuzs(p)-nzuys(p)=-e-ikx(nyEzi(p)-nzEyi(p))]]>

式中,分别代表入射电场在x,y,z方向上的分量,将对应的抛物线方程代入,P点的三维坐标下的散度方程变为:

i2k(2uxsy2(P)+2uxsz2(P))+ikuxs(P)+uysy(P)+uzsz(P)=0]]>

对电场ux(x,y,z)、uy(x,y,z)以及uz(x,y,z)采用RPIM构造形函数及其空间导数;

综上所述,构造方程,最终为:

ux(x+Δx,y,z)-iΔx2k(2y2+2z2)ux(x+Δx,y,z)=ux(x,y,z)uy(x,Δx,y,z)-iΔx2k(2y2+2z2)uy(x+Δx,y,z)=uy(x,y,z)uz(x,Δx,y,z)-iΔx2k(2y2+2z2)uz(x+Δx,y,z)=uz(x,y,z)nxuys(p)-nyuxs(p)=-e-ikx(nxEyi(p)-nyExi(p))nxuzs(p)-nzuxs(p)=-e-ikx(nxEzi(p)-nzExi(p))nyuzs(p)-nzuys(p)=-e-ikx(nyEzi(p)-nzEyi(p))i2k(2uxsy2(P)+2uxsz2(P))+ikuxs(P)+uysy(P)+uzsz(P)=0.]]>

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