掠海飛行器電磁散射特性快速仿真方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于目標(biāo)電磁散射特性數(shù)值計(jì)算技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種掠海飛行器電磁散 射特性快速仿真方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 各種計(jì)算方法包括從高頻近似方法到低頻數(shù)值方法，以及關(guān)于計(jì)算各種媒質(zhì)散射 特性的方法，都正在被廣泛研究。在最近幾十年內(nèi)，隨著計(jì)算電磁學(xué)的發(fā)展和應(yīng)用，目前已 出現(xiàn)多種分析散射問題的方法，對電磁散射的分析方法大致主要從兩種途徑進(jìn)行，即高頻 近似方法、低頻數(shù)值方法，二者均有其特點(diǎn)和局限。計(jì)算RCS的低頻方法都是數(shù)值方法，按 其原理分為兩類，一類是微分方程法，如有限元法（FEM)和時(shí)域有限差分（FDTD);另一類是 積分方程法，如：矩量法（MOM)。有限元法主要是求解微分方程問題，此方法適應(yīng)性強(qiáng)，能適 應(yīng)各種形狀的邊界，但它的缺點(diǎn)是計(jì)算量大，不適合無界區(qū)域，花費(fèi)時(shí)間長。時(shí)域有限差分 法對于時(shí)域的分析是有效的，但由于計(jì)算量大的原因，目前也只能用于電小尺寸物體。作為 計(jì)算方法中最具代表性的矩量法，理論上，它可以適用于求解任意目標(biāo)在任意入射場下的 散射問題。然而在求解過程中，該算法的可行性受到實(shí)際情況的限制。一方面，在計(jì)算大型 目標(biāo)時(shí)，矩量法的矩陣求解復(fù)雜度太大，可能會碰到矩陣求逆不收斂的問題；另一方面，在 高頻區(qū)，高頻局部散射特性使得目標(biāo)各部分之間的相互影響較小，從而降低了應(yīng)用此類過 于復(fù)雜算法的必要性。因此，這類方法也常用于求解電小尺寸的物體。近年來，國內(nèi)外學(xué)者 開始將拋物線方程方法應(yīng)用于處理電磁散射問題.該算法把波動方程簡化為拋物線方程， 將散射目標(biāo)等效為一系列的面元或線元，然后通過散射體上的邊界條件和場的空間遞推方 式求解拋物線方程，把三維問題轉(zhuǎn)化為一系列的二維問題來計(jì)算，通過近場--遠(yuǎn)場轉(zhuǎn)換 得到遠(yuǎn)區(qū)散射場，進(jìn)而計(jì)算目標(biāo)的雙站RCS。方法在數(shù)值方法和解析方法之間架起了一 座橋梁。數(shù)值方法如矩量法（MOM)，F(xiàn)DTD給出了 Mxawell方程的精確解；解析方法則基于射 線理論或物理光學(xué)理論。
[0003] 電磁計(jì)算的數(shù)值方法如有限元法（FEM)，時(shí)域有限差分方法（FDTD)等微分方法 去解決半空間電大尺寸目標(biāo)的散射問題時(shí)，存在對傳播空間的離散導(dǎo)致巨大的未知量等缺 陷。另一方面積分方程中將半空間格林函數(shù)與矩量法相結(jié)合，并引入快速多極子對較大尺 寸目標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，但是由于受到現(xiàn)有計(jì)算機(jī)內(nèi)存和計(jì)算時(shí)間的限制，還是無法較好處理電 大尺寸復(fù)雜目標(biāo)的散射問題。
[0004] 由上可知，精確的數(shù)值方法解決電大尺寸物體在半空間環(huán)境下的散射時(shí)存在著困 難，而通過引入半空間的反射系數(shù)到PE方法中，可以快速計(jì)算掠海飛行器的散射問題，同 時(shí)將無網(wǎng)格方法來進(jìn)行對復(fù)雜目標(biāo)的建模。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種掠海飛行器電磁散射特性快速仿真方法，該方法不依 賴于目標(biāo)的規(guī)則化網(wǎng)格剖分，同時(shí)加入半空間的影響不會提高未知量的增減，能夠快速得 到電磁散射特性參數(shù)。
[0006] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種掠海飛行器電磁散射特性快速仿真方 法，步驟如下：
[0007] 步驟1、建立物體的離散模型，確定拋物線的軸向方向作為X軸，采用網(wǎng)格對物體 沿拋物線的軸向方向進(jìn)行離散處理，形成垂直于X軸的若干個(gè)切面，通過求解剖分的三角 形網(wǎng)格與切面交點(diǎn)確定每個(gè)切面所切物體的邊界點(diǎn)，再通過四面體網(wǎng)格來判斷所有節(jié)點(diǎn)的 位置；
[0008] 步驟2、構(gòu)造矩陣方程，在X軸方向使用CN差分格式獲取相鄰兩個(gè)切面間的關(guān)系， 在y軸、z軸方向采用RP頂構(gòu)造形函數(shù)及空間導(dǎo)數(shù)，并且在散射體表面根據(jù)入射波和經(jīng)過 海平面反射波的關(guān)系方程以及散度方程，聯(lián)立構(gòu)造出矩陣方程；
[0009] 步驟3、令X軸方向?yàn)榇蟮纳⑸浞较颍来螌Ω鱾€(gè)切面上的節(jié)點(diǎn)電場值進(jìn)行遞推 求解，通過不斷更新邊界點(diǎn)的信息以及方程的右邊向量來求解下一個(gè)切面上各個(gè)離散節(jié)點(diǎn) 處的電場值；
[0010] 步驟4、對最后一個(gè)切面和前一個(gè)切面的電場值進(jìn)行后處理：求解最后一個(gè)切面 和前一個(gè)切面的矩陣方程，得到兩個(gè)切面相同離散節(jié)點(diǎn)處的電場值，根據(jù)這兩個(gè)切面的電 場值對X軸方向的差分確定磁場，并通過電場磁場求得電磁流，根據(jù)互易定理確定雷達(dá)散 射截面積。
[0011] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為：（1)建立模型簡單：在垂直于拋物線軸 向的切面上，不需要再建立類似于FDTD的等間距規(guī)則網(wǎng)格，只要確定一些離散點(diǎn)的信息即 可。（2)方程形成簡單：將一個(gè)三維問題轉(zhuǎn)化為一系列的二維問題進(jìn)行求解，通過形函數(shù)構(gòu) 造矩陣方程，矩陣形成快捷簡便。（3)半空間環(huán)境因素的引入并沒有使未知量增加，可以快 速得到電磁散射特性參數(shù)。
[0012] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
【附圖說明】
[0013] 圖1是本發(fā)明某一切面上未知量分布的示意圖。
[0014] 圖2是本發(fā)明能量沿拋物線軸向傳播示意圖。
[0015] 圖3是本發(fā)明離散節(jié)點(diǎn)支撐域的示意圖。
[0016] 圖4是本發(fā)明前后兩個(gè)切面邊界點(diǎn)有交差情況處理的示意圖。
[0017] 圖5是本發(fā)明入射場方向與矢量拋物線軸向方向示意圖。
[0018] 圖6是本發(fā)明某掠海飛行器示意圖。
[0019] 圖7是本發(fā)明實(shí)施例中某掠海飛行器雙站RCS曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0021] 結(jié)合附圖1~6,本發(fā)明掠海飛行器電磁散射特性快速仿真方法，步驟如下：
[0022] 步驟1、建立物體的離散模型，確定拋物線的軸向方向作為X軸，采用網(wǎng)格對物體 沿拋物線的軸向方向進(jìn)行離散處理，形成垂直于X軸的若干個(gè)切面，通過求解剖分的三角 形網(wǎng)格與切面交點(diǎn)確定每個(gè)切面所切物體的邊界點(diǎn)，再通過四面體網(wǎng)格來判斷所有節(jié)點(diǎn)的 位置，具體步驟如下：
[0023] 步驟1. 1、在每個(gè)切面上任意選取規(guī)則分布的參考點(diǎn)，所選參考點(diǎn)用于在X軸方向 上進(jìn)行差分以及在y軸、z軸方向進(jìn)行無網(wǎng)格形函數(shù)的構(gòu)造；
[0024] 步驟1. 2、對散射體進(jìn)行三角面元的面剖分，確定軸方向每個(gè)切面的方程，通過幾 何關(guān)系求解三角面元與切面的交點(diǎn)，并將交點(diǎn)標(biāo)記為每個(gè)切面上散射體的邊界點(diǎn)；
[0025] 步驟1. 3、對散射體進(jìn)行四面體的體剖分，通過判別參考點(diǎn)是否處于四面體內(nèi)部區(qū) 分參考點(diǎn)處于散射體內(nèi)部或者散射體外部，并對這些不同位置的參考點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記。
[0026] 首先，在每個(gè)（y_z)切面上選取一些分布均勻的參考點(diǎn)，這些參考點(diǎn)用作于兩個(gè) 切面間的插值以及構(gòu)造形函數(shù)時(shí)使用。
[0027] 用三角形面元對物體進(jìn)行面剖分，獲取物體表面的一些離散的節(jié)點(diǎn)信息。垂直于X 軸即為拋物線軸向，形成很多切面，這些切面與三角形相交，通過節(jié)點(diǎn)的幾何信息求解出與 切面的交點(diǎn)，將這些交點(diǎn)作為散射體在當(dāng)前切面的邊界點(diǎn)。同時(shí)對散射體進(jìn)行四面體的體 剖分，對每個(gè)切面上的參考點(diǎn)進(jìn)行循環(huán)判斷，看該點(diǎn)是否處于某個(gè)四面體的內(nèi)部，如果該點(diǎn) 處于四面體的內(nèi)部則認(rèn)為該點(diǎn)為散射體的內(nèi)部點(diǎn)，否則認(rèn)為該點(diǎn)處在空氣層。認(rèn)為離空氣 盒邊界一定距離的點(diǎn)