[發明專利]基于三維矩量法和二維快速多極子的山區電磁場預測方法

有效

• 申請號: 201810193564.X
• 申請日: 2018-03-09
• 公開（公告）號: CN108446471B
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發明（設計）人: 張玉;袁峰;左勝;趙勛旺;林中朝
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06T17/00
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 陳宏社;王品華

1.一種基于三維矩量法和二維快速多極子的山區電磁場預測方法，其特征在于包括如下步驟：

(1)建立山體模型：

(1a)利用實地測量或地理信息系統得到山體三維信息和電介質信息，構建山體三維模型，同時構建山體中包含的以輻射源為中心的小塊山體三維模型；

(1b)從山體三維模型中減去小塊山體三維模型，得到山體三維差模型，并通過預先設定的待預測電磁場所在平面切取所述山體三維差模型，得到包含高度的山體二維差模型；

(2)獲取山體二維差仿真模型入射場激勵所需的高斯積分采樣點坐標：

(2a)設置山體二維差模型的輻射源的頻率，并將該輻射源添加到山體二維差模型中，再設置已添加輻射源的山體二維差模型的介電常數、電導率和磁導率，得到山體二維差仿真模型；

(2b)對山體二維差仿真模型進行預仿真，得到山體二維差仿真模型入射場激勵所需的高斯積分采樣點坐標；

(3)構建小塊山體三維仿真模型：

設置小塊山體三維模型的輻射源的頻率，并將該輻射源添加到小塊山體三維模型中，再設置已添加輻射源的小塊山體三維模型的介電常數、電導率和磁導率，得到小塊山體三維仿真模型，其中，小塊山體三維模型的輻射源的頻率與山體二維差模型的輻射源的頻率相同，小塊山體三維模型的介電常數、電導率和磁導率與山體二維差模型的介電常數、電導率和磁導率相同；

(4)利用三維矩量法計算山體二維差仿真模型入射場激勵處的散射電場E_S-G和散射磁場H_S-G，以及待預測電磁場分布區域場點處的散射電場E_S-I和散射磁場H_S-I：

(4a)計算電磁流基函數系數向量X：

利用三維矩量法，計算小塊山體三維仿真模型的阻抗矩陣A和電壓矩陣B，并利用阻抗矩陣A和電壓矩陣B構建稠密矩陣方程AX＝B，再求解該稠密矩陣方程，得到電磁流基函數系數向量X，其中I_n為電流基函數系數向量，M_n為磁流基函數系數向量；

(4b)計算小塊山體三維仿真模型各曲面上的電流J和磁流M：

根據電磁流基函數系數向量計算小塊山體三維仿真模型各曲面上的電流J和磁流M；

(4c)計算高斯積分采樣點坐標上的散射電場E_S-G和散射磁場H_S-G，以及小塊山體三維仿真模型中待預測電磁場分布區域場點處的散射電場E_S-I和散射磁場H_S-I：

采用積分方程，通過小塊山體三維仿真模型中各曲面上的電流J和磁流M，計算高斯積分采樣點坐標上的散射電場E_S-G和散射磁場H_S-G，以及小塊山體三維仿真模型在待預測電磁場分布區域場點處的散射電場E_S-I和散射磁場H_S-I；

(5)獲取山體二維差仿真模型TE波時的入射場和TM波時的入射場：

(5a)以xoy面為參考面，從散射電場E_S-G提取x方向分量E_x和y方向分量E_y，同時從散射磁場H_S-G提取z方向分量H_z，并將E_x、E_y和H_z的組合設置為山體二維差仿真模型TE波時的入射場；

(5b)以xoy面為參考面，從散射電場E_S-G提取z方向分量E_z，同時從散射磁場H_S-G提取x方向分量H_x和y方向分量H_y，并將E_z、H_x和H_y的組合設置為山體二維差仿真模型TM波時的入射場；

(6)采用二維快速多極子算法，計算山體二維差仿真模型在待預測區域場點處的散射電場E_S-TE和散射磁場H_S-TE：

(6a)計算山體二維差仿真模型入射場激勵類型為TE波時的電磁流基函數向量X_FTE：

將步驟(5a)得到的TE波時的入射場輸入到二維快速多極子算法程序中作為此時山體二維差仿真模型的入射場，并利用二維快速多極子算法，計算山體二維差仿真模型的阻抗矩陣A_FTE和電壓矩陣B_FTE，再利用阻抗矩陣A_FTE和電壓矩陣B_FTE構建矩陣方程A_FTE·X_FTE＝B_FTE，然后求解該矩陣方程，得到電磁流基函數系數向量X_FTE，其中為電流基函數系數向量，為磁流基函數系數向量；

(6b)計算山體二維差仿真模型中各線段網格上的電流J_FTE和磁流M_FTE：

根據電磁流基函數系數向量計算山體二維差仿真模型中各線段網格上的電流J_FTE和磁流M_FTE；

(6c)計算山體二維差仿真模型在待預測區域場點處的散射電場E_S-TE和散射磁場H_S-TE：

采用積分方程，通過山體二維差仿真模型中各線段網格上的電流J_FTE和磁流M_FTE，計算山體二維差仿真模型在待預測區域場點處的散射電場E_S-TE和散射磁場H_S-TE；

(7)采用二維快速多極子算法，計算山體二維差仿真模型在待預測區域場點處的散射電場E_S-TM和散射磁場H_S-TM：

(7a)計算山體二維差仿真模型入射場激勵類型為TM波時的電磁流基函數向量X_FTM：

將步驟(5b)得到的TM波時的入射場輸入到二維快速多極子算法程序中作為此時山體二維差仿真模型的入射場，并利用二維快速多極子算法，計算山體二維差仿真模型的阻抗矩陣A_FTM和電壓矩陣B_FTM，再利用阻抗矩陣A_FTM和電壓矩陣B_FTM構建矩陣方程A_FTM·X_FTM＝B_FTM，然后求解該矩陣方程，得到電磁流基函數系數向量X_FTM，其中為電流基函數系數向量，為磁流基函數系數向量；

(7b)計算山體二維差仿真模型中各線段網格上的電流J_FTM和磁流M_FTM：

根據電場基函數系數向量計算山體二維差仿真模型中各線段網格上的電流J_FTM和磁流M_FTM；

(7c)計算山體二維差仿真模型在待預測區域場點處的散射電場E_S-TM和散射磁場H_S-TM：

采用積分方程，通過山體二維差仿真模型中各線段網格上的電流J_FTM和磁流M_FTM，計算山體二維差仿真模型在待預測區域場點處的散射電場E_S-TM和散射磁場H_S-TM；

(8)獲得山體三維模型在待預測區域場點處電場分布E_TOT和磁場分布H_TOT：

將E_S-I、E_S-TE和E_S-TM進行疊加，得到山體三維模型在待預測區域場點處電場分布E_TOT：E_TOT＝E_S-I+E_S-TE+E_S-TM,將H_S-I、H_S-TE和H_S-TM進行疊加，得到山體三維模型在待預測區域場點處磁場分布H_TOT：H_TOT＝H_S-I+H_S-TE+H_S-TM。