快速獲取目標電磁散射特性的多層復波束方法

2023-06-07 07:23:26 1

快速獲取目標電磁散射特性的多層復波束方法
【專利摘要】本發明公開了一種快速獲取目標電磁散射特性的多層復波束方法。該方法首先對目標進行建模並利用基函數展開目標表面的感應電流，其次利用八叉樹分組方法對基函數進行分組，每組用一個假想的球形等效面包住，在這些等效面上均勻分布一定數量的點源，然後在這些點源的位置矢量中引入虛部的量，使得點源的輻射方向圖具有方向性，並將每組中的基函數用這些復點源展開，遠場組之間的作用就可以用這些復點源表示。由於復點源的方向圖具有方向性，因此可以捨去一部分復點源，從而節省內存和計算時間，然後將該方法推廣到多層；和矩量法相比，該方法能夠顯著降低計算時間和計算機內存消耗。
【專利說明】快速獲取目標電磁散射特性的多層復波束方法

【技術領域】
[0001]本發明屬於快速獲取目標電磁散射特性的多層復波束方法，特別是一種基於復波束方法的雷達散射截面快速計算方法。

【背景技術】
[0002]目標的雷達回波特性在軍事中具有很重要的意義，提出一種精確而有效的電磁分析模型顯得極為重要。解決目標的雷達回波的一種有效的方法是在目標表面建立積分方程，將其轉換為方程組求解。以金屬目標為例，將目標表面的感應電流展開為RWG基函數的組合(Rao M, Wilton D and Glisson A.Electromagnetic scattering by surfaces ofarbitrary shape.1EEE Transact1n on Antennas and Propagat1n, 1982, 30(3):409 -418.)，利用伽遼金方法，該積分方程可以最終轉換為形如ZI = V的矩陣方程，其中，Z為阻抗矩陣，大小為NXN，I為待求解的未知係數，大小為NX 1，V為與入射波相關的激勵矩陣，大小為NX I。針對該方程，如果用直接求解器，其計算複雜度為0(N3)，即使是中等電尺寸大小的物體，計算時間也相當長。如果使用迭代求解器，計算複雜度可以降低到0(N2)。
[0003]最近，Koray Tap等人提出了利用復波束方法(Koray Tap, PrabhakarH.Pathakj Robert J.Burkholder.Complex source beam—moment method procedure foraccelerating numerical integral equat1n solut1ns of radiat1n and scatteringproblems.1EEE Transact1n on Antennas and Propagat1n, 2014, 62 (4):2052 - 2062.)對矩陣元素進行壓縮，該方法將每個基函數及其散在等效球面上用復點源進行展開，互為遠場的基函數就可以利用這些復點源之間的作用進行表示。但是該方法僅僅考慮了單層的情況，對於多層則沒有考慮，因此計算效率不高。


【發明內容】

[0004]本發明的目的在於提供一種快速獲取目標電磁散射特性的多層復波束方法。
[0005]實現本發明目的的技術解決方案為:一種快速獲取目標電磁散射特性的多層復波束方法，步驟如下:
[0006]第一步，設置入射波頻率fre(1，建立目標的幾何模型，並對模型進行三角形網格劃分，利用八叉樹分組方法對三角形的邊進行分組，得到每組內的邊數和邊的編號；包含邊的組為非空組，不包含邊的組為空組；
[0007]第二步，在目標表面根據邊界條件建立電場積分方程；
[0008]第三步，在剖分得到的三角形網格的邊上構造RWG基函數;7，用於展開在入射電磁波照射下目標表面的感應電流，利用伽遼金測試方法得到矩陣方程組ZI = V ;
[0009]第四步，在每個非空組外建立等效面和測試面，將每個基函數及其散度▽.；/用等效面上的復點源進行展開；
[0010]第五步，將矩陣Z中的遠場作用組形成的矩陣用等效面上復點源之間的作用表示，設定角度閾值Qt，當組中心與等效面上等效點形成的矢量與組中心連線方向矢量之間的夾角小於θ t時，保留該等效點，當組中心與等效面上等效點形成的矢量與組中心方向矢量之間的夾角大於θ t時，捨去該等效點，得到矩陣方程組ζ』 ι=ν；
[0011]第六步，利用迭代方法求解矩陣方程組Z』 I = V，得到感應電流展開係數，計算雷達散射截面RCS。
[0012]與現有技術相比，其顯著優點:由於復點源的方向圖具有方向性，因此可以捨去一部分復點源，從而節省內存和計算時間，然後將本發明方法推廣到多層。和現有的矩量法相t匕，本發明方法具有較低的計算複雜度，內存和計算時間消耗大大降低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發明目標三角形網格剖分示意圖。
[0014]圖2是本發明RWG基函數不意圖。
[0015]圖3是本發明等效面上點源位置分布示意圖。
[0016]圖4是本發明等效面上點源舍取不意圖。
[0017]圖5是本發明長方體三角形剖分示意圖。
[0018]圖6是本發明長方體模型RCS計算結果。

【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。
[0020]第一步，設置入射波頻率建立目標的幾何模型，並對模型進行三角形網格劃分，三角形網格的平均邊長為0.1 λ，λ為電磁波波長，如圖1所示；利用八叉樹分組方法對三角形的邊進行分組，最細層組的尺寸為0.2 λ ;得到每組內的邊數和邊的編號；包含邊的組為非空組，不包含邊的組為空組；
[0021]第二步，在目標表面根據邊界條件建立電場積分方程:

【權利要求】
1.一種快速獲取目標電磁散射特性的多層復波束方法，其特徵在於步驟如下: 第一步，設置入射波頻率fm，建立目標的幾何模型，並對模型進行三角形網格劃分，利用八叉樹分組方法對三角形的邊進行分組，得到每組內的邊數和邊的編號；包含邊的組為非空組，不包含邊的組為空組； 第二步，在目標表面根據邊界條件建立電場積分方程； 第三步，在剖分得到的三角形網格的邊上構造RWG基函數7，用於展開在入射電磁波照射下目標表面的感應電流，利用伽遼金測試方法得到矩陣方程組ZI = V; 第四步，在每個非空組外建立等效面和測試面，將每個基函數7及其散度▽ 7*用等效面上的復點源進行展開； 第五步，將矩陣Z中的遠場作用組形成的矩陣用等效面上復點源之間的作用表示，設定角度閾值Θ t，當組中心與等效面上等效點形成的矢量與組中心連線方向矢量之間的夾角小於91時，保留該等效點，當組中心與等效面上等效點形成的矢量與組中心方向矢量之間的夾角大於Θ t時，捨去該等效點，得到矩陣方程組Z』 I=V5 第六步，利用迭代方法求解矩陣方程組Z』 I = V，得到感應電流展開係數，計算雷達散射截面RCS。
2.根據權利要求1所述的快速獲取目標電磁散射特性的多層復波束方法，其特徵在於:所述步驟一中三角形網格的平均邊長為0.1λ，λ為電磁波波長，最細層組的尺寸為0.2入。
3.根據權利要求1所述的快速獲取目標電磁散射特性的多層復波束方法，其特徵在於所述步驟二中: 在目標表面根據邊界條件建立電場積分方程:
其中，= P為虛數單位，k為波數，η為自由空間波阻抗/0-)為目標表面？'處的感應電流，G(f,f) = e-#l?-F''/(4^|?-r |)為自由空間？和礦之間的格林函數；為入射平面波電場，▽表示梯度算子，V'.表示散度算子，Itan表示取切向分量。
4.根據權利要求1所述的快速獲取目標電磁散射特性的多層復波束方法，其特徵在於所述步驟三在三角形的每條邊上定義RWG基函數/:
其中，I表示三角形的邊長，A+和A—表示該條邊所在的兩個三角形Τ+、Τ_的面積，~ρ 了分別為從邊所對應的Τ+、t頂點出發到；:、卩'點的矢量；將感應電流J(/)表示為RWG基函數/的組合，並利用伽遼金測試方法對(I)式進行測試，得到矩陣方程組ZI = V，其中Z為阻抗矩陣，I為未知電流展開係數；阻抗矩陣Z的第m行第η列元素表示為:
其中m和η分別表示第m和第η個基函數的編號,Sni和Sn分別表示第m和第η條邊所在的三角形，V為右邊向量，其矩陣元素Vm表示為:
5.根據權利要求1所述的快速獲取目標電磁散射特性的多層復波束方法，其特徵在於所述步驟四的具體步驟為: . 4.1以每個非空組的組中心為球心，半徑IjD為半徑建立等效球面，D為非空組的邊 長，在等效球面的表面上取一系列的等效源點，這些點在經度方向角度間隔為Λ Θ，緯度方向角度間隔為Ap，等效源個數為凡； .4.2以每個非空組的組中心為球心，半徑Il) +丄Ζ)為半徑建立測試球面，D為非空組
的邊長，在測試球面的表面上取一系列的測試點，這些點在經度方向角度間隔為Λ Θ，緯度方向角度間隔為~; . 4.3在等效面上對基函數/進行展開，具體步驟為: .4.3.1計算等效面測試矩陣Zt，矩陣大小為凡X凡，第i行第j列矩陣元素為:
其中j=|F-/ I F表示測試球面上點的坐標，f 』表示等效面上等效點的復坐標f= f- jbr , b為復波束寬度，r'為等效球面中心指向等效點F'的單位矢量； . 4.3.2計算右邊係數矩陣B，大小為凡X3，其第i行矩陣元素分別為:
,- 分別表示基函數的 X、y、z分量； . 4.3.3 利用直接求逆方法求解 ZtCox = B(:, I)、ZtCoy = B(:,2)和 Zt ω z = B (:，3)，得到/在等效面上的展開係數ωχ、ω^Ρ ωζ，其中Β(:，1)、Β(:，2)和Β(:，3)分別表示矩陣B的第1、2和3列；循環所有的基函數，得到所有基函數的展開係數； .4.3.4計算右邊係數向量B』，大小為NeX 1，其第i行元素為=』為

5V.散度算子；循環所有的基函數，得到所有基函數散度的展開係數；.4.3.5利用直接求逆方法求解=5'，得到▽ /在等效面上的展開係數％。
6.根據權利要求1所述的快速獲取目標電磁散射特性的多層復波束方法，其特徵在於所述步驟五中，當第m個基函數和第η個基函數所在的組互為遠場組時，(3)式表示為:
其中，<、①:、<分別表示第m個基函數的展開係數(j表示第m個基函數散度的展開係數，得到矩陣方程組Z』 I = V。
7.根據權利要求1所述的快速獲取目標電磁散射特性的多層復波束方法，其特徵在於所述步驟六利用迭代方法求解矩陣方程Z』 I = V，得到感應電流展開係數I，計算目標的遠場RCS，表示為:
其中左I表示遠場散射場。
【文檔編號】G06F19/00GK104200074SQ201410407514
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月18日 優先權日:2014年8月18日
【發明者】陳如山, 樊振宏, 丁大志, 胡欣 申請人:南京理工大學