基于面元空間分集的電磁遮擋判斷快速算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明提供一種基于面元空間分集的電磁遮擋判斷快速算法，具體涉及一種計(jì)算 高頻區(qū)電磁散射的電磁遮擋判斷算法，屬于電磁散射仿真分析技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 物理光學(xué)法是計(jì)算目標(biāo)高頻區(qū)電磁散射的一種電磁仿真方法，主要過(guò)程是將目標(biāo) 表面劃分成多個(gè)面元，計(jì)算每個(gè)面元的物理光學(xué)電磁散射貢獻(xiàn)，再將所有面元的電磁散射 進(jìn)行求和，即可得到總的電磁散射。根據(jù)物理光學(xué)假設(shè)，入射電磁波照射不到的部分就不會(huì) 產(chǎn)生感應(yīng)電流，因此不會(huì)電磁散射。對(duì)于復(fù)雜、大型目標(biāo)，往往會(huì)有目標(biāo)的一部分遮擋住另 一部分的情形，此時(shí)被遮擋住的部分就不參與電磁散射計(jì)算，需要在計(jì)算過(guò)程中對(duì)遮擋關(guān) 系進(jìn)行判斷。看面元是否被其他面元所遮擋。如果面元被其他面元遮擋，則此面元不參與 電磁散射計(jì)算。對(duì)于大型、復(fù)雜目標(biāo)，基于保持外形精度的要求，要將表面劃分成數(shù)量較多 的面元，可能達(dá)到上萬(wàn)個(gè)。如此多的面元兩兩之間進(jìn)行遮擋判斷，非常耗費(fèi)計(jì)算時(shí)間，嚴(yán)重 影響計(jì)算效率。
[0003] 本發(fā)明提出的快速算法首先對(duì)面元進(jìn)行空間分集，用多個(gè)立方體包圍盒將目標(biāo)覆 蓋，同一個(gè)立方體包圍盒內(nèi)的面元屬于同一組。在判斷某個(gè)面元是否被其他面元遮擋時(shí)，首 先判斷這個(gè)面元與立方體的遮擋關(guān)系。如果面元沒(méi)有被某個(gè)立方體遮擋，說(shuō)明這個(gè)立方體 中的所有面元都沒(méi)有遮擋這個(gè)面元，此時(shí)不必對(duì)立方體中的面元進(jìn)行判斷。如果待判斷面 元被某立方體遮擋，則可能被此立方體中某個(gè)面元遮擋，此時(shí)需要對(duì)該立方體中的所有面 元進(jìn)行遮擋判斷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] (一）目的：本發(fā)明針對(duì)物理光學(xué)法計(jì)算目標(biāo)電磁散射過(guò)程中的面元遮擋判斷問(wèn) 題，提出了一種基于面元空間分集的電磁遮擋判斷快速算法。
[0005] (二）技術(shù)方案：
[0006] 本發(fā)明提供一種基于面元空間分集的電磁遮擋判斷快速算法，具體包括以下步 驟：
[0007] 步驟1 :將將要計(jì)算的目標(biāo)表面劃分成許多三角形面元來(lái)近似，用三角形面元剖 分目標(biāo)表面的優(yōu)點(diǎn)是網(wǎng)格劃分較為靈活，而且任何三個(gè)頂點(diǎn)都在一個(gè)平面上，方便電磁散 射計(jì)算；
[0008] 步驟2 :判斷三角形面元的朝向，面元朝向入射電磁波方向的面元稱為亮面元，背 向入射電磁波朝向的面元稱為暗面元，暗面元是電磁波照射不到的部位，不需參與電磁計(jì) 算，也不需要進(jìn)行遮擋判斷；
[0009] 步驟3 :將目標(biāo)用多個(gè)立方體進(jìn)行覆蓋，立方體包圍盒之間可以有重疊的部分，包 含在同一個(gè)立方體包圍盒內(nèi)的亮面元在同一組，以此將亮面元進(jìn)行空間分集，部分面元可 能同時(shí)含于兩個(gè)立方體包圍盒中，因此則分在兩個(gè)組中，但這種情況不影響后面的算法；
[0010] 步驟4:判斷所有亮面元與所有立方體包圍盒之間的遮擋關(guān)系，如果亮面元沒(méi)有 被立方體包圍盒遮擋，則該亮面元沒(méi)有被該立方體包圍盒中所有面元遮擋；
[0011] 步驟5 :如果亮面元被某立方體包圍盒遮擋，則可能被該立方體包圍盒中的某個(gè) 面元遮擋，此時(shí)再遍歷該立方體中的所有的面元，進(jìn)行面元間的遮擋判斷。
[0012] 在上述5個(gè)步驟完成的基礎(chǔ)上就可以進(jìn)行下一步面元雷達(dá)散射截面即RCS的計(jì)算 和疊加等工作了。
[0013] 其中，在步驟1中所述的"將要計(jì)算的目標(biāo)表面劃分成許多三角形面元來(lái)近似"， 所述的"劃分成許多三角形面元"，是指目標(biāo)形狀用封閉的多面體表示，每個(gè)面都是三角形； 所述的"近似"，是指三角形面元邊長(zhǎng)小于目標(biāo)表面曲率半徑的1/8,同時(shí)也要小于入射電磁 波波長(zhǎng)的1/5,這時(shí)能夠較好的體現(xiàn)目標(biāo)形狀。
[0014] 其中，在步驟2中所述的"判斷三角形面元的朝向"，其說(shuō)明如下：看單獨(dú)一個(gè)面元 是否能被入射波照射，如可以照射，說(shuō)明其法向與入射波方向同向，點(diǎn)積小于〇,即/w:<〇， 其中A為面元法向，f為入射波方向，此面元?dú)w類為亮面元；如不能照射，說(shuō)明其法向與入射 波方向反向，點(diǎn)積大于〇,即6./>〇,此面元?dú)w類為暗面元；對(duì)A / = 0的臨界情形，按照暗面 元處理。
[0015] 其中，在步驟4中所述的"判斷所有亮面元與所有立方體包圍盒之間的遮擋關(guān) 系"，其說(shuō)明如下：遍歷所有面元，看是否被某個(gè)包圍盒所遮擋；由于目標(biāo)表面三角形面元 尺寸較小，因此可以用三角形面元重心是否被遮擋來(lái)代表該面元是否被遮擋，如果面元重 心被遮擋，則認(rèn)為該面元被遮擋，否則認(rèn)為該面元未被遮擋；由于三角形面元尺寸較小，該 近似帶來(lái)的誤差很小，能夠滿足工程應(yīng)用；由此，面元是否被遮擋的問(wèn)題歸結(jié)為點(diǎn)是否被遮 擋，點(diǎn)被立方體包圍盒遮擋的示意圖如圖4所示。
[0016] 設(shè)待判斷面元重心的位置矢量為A，立方體包圍盒中心的位置矢量為r。，電磁 波入射方向?yàn)樨?，坐?biāo)軸三個(gè)方向的單位矢量分別是如果^被立方體遮擋，則必 然被立方體的某個(gè)面遮擋，因此需要對(duì)立方體的6個(gè)面都進(jìn)行遮擋判斷；以外法向?yàn)镾 的面為例進(jìn)行說(shuō)明，可設(shè)射線在該面上交點(diǎn)的位置矢量為n:.+V 2i + W' +灼，則該位置 矢量還可表示為『 = ^-5/，其中s是交點(diǎn)到待判斷點(diǎn)沿f方向的位移，由此，可得關(guān)系式 C + + = r。?，進(jìn)一步可得+所+ ;寫(xiě)成線性方程組的形式， 得到
[0017]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于面元空間分集的電磁遮擋判斷快速算法，其特征在于：具體包括以下步 驟： 步驟1:將將要計(jì)算的目標(biāo)表面劃分成許多三角形面元來(lái)近似，用三角形面元剖分目 標(biāo)表面的優(yōu)點(diǎn)是網(wǎng)格劃分較為靈活，而且任何三個(gè)頂點(diǎn)都在一個(gè)平面上，方便電磁散射計(jì) 算； 步驟2 :判斷三角形面元的朝向，面元朝向入射電磁波方向的面元稱為亮面元，背向入 射電磁波朝向的面元稱為暗面元，暗面元是電磁波照射不到的部位，不需參與電磁計(jì)算，也 不需要進(jìn)行遮擋判斷； 步驟3 :將目標(biāo)用多個(gè)立方體進(jìn)行覆蓋，立方體包圍盒之間有重疊的部分，包含在同一 個(gè)立方體包圍盒內(nèi)的亮面元在同一組，以此將亮面元