[发明专利]一种快速提取电大尺寸金属腔体目标瞬态散射信号的仿真方法

说明书

本发明公开了一种快速提取电大尺寸金属腔体目标瞬态散射信号的仿真方法，步骤如下：建立金属腔体目标的几何模型，采用曲面三角形单元对金属腔体目标表面进行网格剖分；确定金属腔体目标的时域积分方程；采用空间上的高阶叠层散度共形基函数和时间上的时间时空混合基函数，对时域积分方程中的表面感应电流展开；将表面感应电流展开表达式代入时域积分方程，然后对离散形式的时域电场积分方程分别在时间上、空间上测试，得到系统阻抗矩阵方程；采用时间步进方法求解阻抗矩阵的方程，确定导体目标表面的时域电流分布，根据时域电流分布得到目标的宽频带电磁特性参数，完成仿真。该方法具有仿真精度高、所需时间少、内存消耗低的优点，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及电磁仿真技术领域，特别是一种快速提取电大尺寸金属腔体目标瞬态散射信号的仿真方法。

背景技术

由于军事上的需求和现代科学技术的不断发展，针对含腔电大尺寸目标的电磁特性分析已经成为一个重要的研究内容。腔体结构的散射特性比较复杂，往往不能与含腔目标合为整体进行计算，而大多军用目标均可视为含腔目标体，而目标体中的腔体部分往往是一个很强的散射源，因此对其内腔与外表面共同作用的散射结果研究具有重要的意义。

频域积分方程方法分析中，目标表面的感应电流是一个复数矢量，即感应电流同时包含相位和幅度信息，由导体表面的感应电荷所满足的标量亥姆霍兹方程的解以及电流连续性方程可知，感应电流的相位信息中包含了入射电磁波的相位。利用这一物理特性，将描述电流线性变化的相位信息设计到感应电流的近似展开表达式中，即用来近似展开感应电流的基函数是一个复数矢量，并称之为相位基函数；而一般用来近似展开感应电流的都是实数矢量基函数；表示电流的相位信息可以被设计到任何种类的实数矢量基函数中，从而构成新的复数基函数，相位基函数。目前国内外已有研究者将相位基函数应用于频域积分方程分析方法中，文献1（J.M.Taboada,F.Obelleiro,J.L.Rodriguez,“Incorporationlinear-phase progression in RWG basis function,”Microwave Opt Tchnol.Lett.44:106-112,2005）和文献2（Gareia-Tuon,J.M.Taboada,F.Obelleiro,and L.Landesa,“Efficient asymptotic-phase modeling of the induced currents in the fastmultipole method,”Microwave Opt Techno.Lett.48:1594-1599,2006）公开了一种linear-phase RWG(LP-RWG)基函数，即用指数表示的物体表面感应电流相位的线性变化，并将它与传统的RWG基函数相结合，这些方法可以用来快速分析任意三维导体结构的电磁散射。金属腔体目标由于自身几何结构的原因，使其具有棱边和强耦合等结构，所以金属腔体目标的表面电流包含的相位信息不再是单纯的有外部激励所决定，即单纯的行波特性；它还包含了与自身结构有关的相位信息，即驻波特性。根据金属目标表面电流的这一特性文献3（S.Yan,S.Ren,Z.Nie,S.He,and J.Hu,“Efficient analysis of electromagneticscattering from electrically large complex objects by using phase-extractedbasis functions,”IEEE Trans. Antennas Propagat.,vol.54,no.5,pp.88-108,Oct.2012）公开了一种频域积分方程方法分析中的行驻波基函数，这种基函数由相位基函数和高阶基函数相结合构成，该种基函数可以同时描述金属腔体表面电流的行波特性和驻波特性，通过合理考虑金属腔表面电流自身物理特性的原理来增大剖分单元的尺寸。

上述文献1～3报道的都是频域中使用相位基函数分析导体目标和金属腔体电磁散射特性的方法，然而由于谐振现象、高低频成分的存在，不同频率点的计算方法也不同，导致计算量庞大和复杂性高，并且不能直观的从模拟结果中理解场的相互作用，从而使得频域方法失去了优势。

发明内容