[发明专利]介电常数极低且连续变化媒质的电磁散射建模方法

说明书

本发明公开了一种介电常数极低且连续变化媒质的电磁散射建模方法，包括：S1，对大尺度媒质介电常数进行空间离散化，生成介电常数三维矩阵；S2，建立三维空间方格组合，每个维度上的方格数量与步骤S1中离散化后的介电常数三维矩阵数量一致；S3，将介电常数赋于对应的空间方格，使得空间方格与介电常数三维矩阵一一对应，完成大尺度媒质的几何及电磁参数构建；S4，对三维空间方格组合进行六面体网格剖分，进而生成FDTD计算模型；S5，对生成的FDTD计算模型进行边界条件设置，六面都设置为吸收边界条件以模拟大气媒质的散射条件；S6，进行大规模FDTD并行计算，根据应用需求获取散射场值；S7，通过散射场获取了RCS，并通过时频分析获取散射时频谱图。

技术领域

本发明涉及电磁散射计算领域，特别涉及一种介电常数极低且连续变化媒质的电磁散射建模方法。

背景技术

声波作为一种机械波，在大气中传播时压缩空气，使大气形成密度连续变化的声场，将这种大气声场作为散射体计算其电磁散射特性时，可将其看作介电常数极低且连续变化的媒质。本发明专利提出一种六面体方格模拟介电常数变化媒质的几何构造方法，使用时域有限差分(FDTD)法计算其电磁散射。本发明所提出的方法适用于所有介电常数极低且连续变化的稀疏媒质的电磁散射特性分析，比如大气湍流的传输及散射特性建模计算、飞行器尾喷流的电磁散射特性建模计算、等离子体问题的建模计算等，为相关稀疏媒质的探测提供电磁散射、传输方面的理论和数据支持。

在检索到的国内外公开及有限范围发表的文献中，有论文提出了二维大气媒质变化的二维FDTD计算格式，但对于三维变化媒质没有提出计算方法；有论文提出了任意连续变化媒质散射特性的高震荡积分计算方法；其他论文中只对特殊变化形式提出了特殊的计算方法，不能解决任意且连续变化低散射媒质的电磁散射计算问题。在可检索到的文献中，尚没有公开对介电常数极低且连续变化媒质的FDTD电磁散射建模计算方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种介电常数极低且连续变化媒质的电磁散射建模方法，可以普遍用于稀疏变化媒质的大规模电磁散射计算，特别可以用于声波扰动的大气媒质电磁散射特性计算。

为了实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种介电常数极低且连续变化媒质的电磁散射建模方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，对大尺度媒质介电常数进行空间离散化，生成介电常数三维矩阵；

S2，建立三维空间方格组合，每个维度上的方格数量与所述步骤S1中离散化后的介电常数三维矩阵数量一致；

S3，将介电常数赋于对应的空间方格，使得空间方格与介电常数三维矩阵一一对应，完成大尺度大气媒质的几何及电磁参数构建；

S4，对三维空间方格组合进行网格剖分，进而生成FDTD计算模型；

S5，对生成的FDTD计算模型进行边界条件设置，各边界都设置为吸收边界条件，以模拟大气媒质的散射条件；

S6，进行大规模FDTD并行计算，根据应用需求获取散射场值；

S7，通过散射场获取了RCS，并通过时频分析获取散射时频谱图。

所述的步骤S4中FDTD计算模型的网格剖分边长由入射电磁波的波长限定。

所述的步骤S6中还包括设置迭代中止条件这一步骤，所述中止条件为迭代步数达到最大值或者残差小于设定量。

所述的散射场为远场散射场。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：