[發明專利]計算微波諧振電路時域響應的外推方法

有效

• 申請號: 201310617627.7
• 申請日: 2013-11-27
• 公開（公告）號: CN104679919B
• 公開（公告）日: 2018-09-04
• 發明（設計）人: 丁大志;陳如山;樊振宏;牛榮鑫;曾強;盛亦軍
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國

本發明公開了一種計算微波諧振電路時域響應的外推方法。該方法的實現分為兩個過程。第一個過程為預處理過程，對三維微波諧振電路結構建模并使用曲六面體剖分，使用時域譜元法數值分析方法計算出前一段時間的響應，并通過改進的模態疊加方法提取出能夠準確描述線性系統的一系列重要特征值，這些特征值對應的特征向量用以構成特征向量矩陣；第二個過程即外推計算過程，利用預處理過程最終得到的特征向量矩陣，對時域譜元法描述的線性系統進行特征提取降階，重新形成一個只包含重要特征的小規模線性系統，該系統的時域外推求解不僅快速而且準確，能夠適用于各種具有諧振、損耗與反射結構電磁響應的外推分析。

方法領域

本發明屬于電磁學仿真計算與信號處理的交叉領域，具體是一種電磁特性的快速仿真與外推計算方法。

背景方法

在信號處理領域，信號的外推方法可以用于實現信號參數的特征估計、雷達目標探測識別、核磁共振快速成像等方法；在數值計算仿真領域，外推方法可以極大的加快計算，有利于時間與內存資源的合理利用。在過去的幾十年里，計算電磁學數值分析方法被廣泛運用于各種電磁問題的分析當中，對通訊、集成電路設計、射頻器件與天線設計、電磁兼容、電磁散射與目標識別等領域的發展起了極大地推動作用，不僅有利于降低實驗研究的成本與風險，縮短設計與開發周期，還對理論研究有很大幫助。

國內外對于電磁響應信號參數估計和外推方法的研究已經發展多年，從1971年C.E.Baum提出的奇點展開法，到后來發展起來的Prony算法、KT算法和Matrix-Pencil算法及其它們的各種改進算法，已經可以從信噪比較低的環境中中提取信號特征，這類方法的數據主要來自于實際測量，優點是只需要知道信號的一系列采樣數據，即可推測出信號特征，有利于未知源或目標的探測識別，缺點是受采樣值影響較大，且外推范圍有限；近年來，也有研究者將基于數值仿真的全波分析方法與信號外推方法結合來加快計算過程，采樣數據來源于數值仿真計算，主要用于已知結構的響應特性快速分析，例如FDTD與改良的Matrix Pencil方法結合，來分析電路散射特性等，缺點主要是耦合度低，由于所采用的外推方法是一種純粹的信號處理過程，脫離目標結構本身特性，大多只適用于分析衰減與非衰減的周期信號與指數型疊加信號，適用范圍有一定的局限性，且受外推算法的影響，外推范圍仍然有限。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于數值分析方法計算微波諧振電路響應的外推方法，該方法提高了數值分析方法與外推方法的耦合度，結合目標本身結構特性外推計算，使得外推范圍大幅度提高，計算更加快速，外推結果更加可靠。

實現本發明目的的方法解決方案為：一種計算微波諧振電路時域響應的外推方法，步驟如下：

第一步，采用全波分析的時域譜元法對使用曲六面體剖分的目標模型進行顯式格式的迭代求解。

第二步，用一定間隔時間步（采樣間隔需要滿足奈奎斯特采樣定律）采樣計算的電場構成一個正交矩陣V，用該矩陣對原問題進行降階，求降階系統的特征值問題，每一個采樣歩進行上述過程，直到毎個采樣步計算得到的重要特征值趨于穩定，預處理結束。

第三步，用重要特征值對應的特征向量構成一個Φ_r矩陣，該矩陣對預處理結束時的降階系統進行再降階，即特征提取，可以只保留下原系統的重要特征，構造出用于外推計算的小規模系統，通過迭代求解該系統，可以還原出原系統的解，從而實現快速而準確的外推計算。

本發明與現有方法相比，其顯著優點：

(1)所采用的數值方法為時域譜元法，具有譜精度，由于產生的質量矩陣為塊對角矩陣，可以快速求逆，而且可以采用顯式格式的差分迭代求解，求解速度較常用的時域電磁學分析方法快，質量矩陣與剛度矩陣都滿足對稱性與正定半正定特性，使得廣義特征值的求解收斂速度更快。

(2)采用改進型的模態疊加法進行參數估計，使得提取特征參數時只需要求解小規模的特征值問題，速度快，且降階后的矩陣特性變好，參數提取更加準確。