[發(fā)明專利]隨機(jī)介質(zhì)搭建、電磁散射場仿真方法和裝置

有效

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• 申請日: 2018-11-13
• 公開（公告）號: CN109376458B
• 公開（公告）日: 2023-01-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李糧生;殷紅成
• 申請（專利權(quán)）人: 北京環(huán)境特性研究所
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 北京格允知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11609
• 代理人: 周嬌嬌

本發(fā)明涉及一種隨機(jī)介質(zhì)搭建、電磁散射場仿真方法和裝置，涉及電磁場仿真計(jì)算領(lǐng)域。其中，本發(fā)明中的隨機(jī)介質(zhì)的搭建方法包括：步驟1、構(gòu)建由指定個數(shù)的顆粒組成的顆粒組；步驟2、確定所述顆粒組與所有已保存的隨機(jī)介質(zhì)的構(gòu)型之間的相似度；所述已保存的隨機(jī)介質(zhì)的構(gòu)型為已經(jīng)選取作為隨機(jī)介質(zhì)構(gòu)型的顆粒組；步驟3、在所述顆粒組與所有已保存的隨機(jī)介質(zhì)構(gòu)型之間的相似度都小于第一閾值的情況下，將所述顆粒組作為隨機(jī)介質(zhì)的構(gòu)型并保存。通過以上步驟實(shí)現(xiàn)了隨機(jī)介質(zhì)的搭建，能夠滿足對光通過隨機(jī)介質(zhì)的傳播和擴(kuò)散行為的仿真研究需求，尤其能夠滿足仿真研究中產(chǎn)生特定電磁散射場波束(比如零平均圓復(fù)高斯電磁場波束)的建模需求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種隨機(jī)介質(zhì)搭建、電磁散射場仿真方法和裝置。

背景技術(shù)

零平均圓復(fù)高斯統(tǒng)計(jì)模型是用來描述厚隨機(jī)介質(zhì)散射場統(tǒng)計(jì)性質(zhì)的一個模型。厚隨機(jī)介質(zhì)是指隨機(jī)介質(zhì)的厚度遠(yuǎn)大于光子傳輸平均自由程的情形。在這種情況下，光傳播達(dá)到光擴(kuò)散的極限，入射波被充分散射，因此光傳播可以視作一個完全無規(guī)的隨機(jī)行走過程。基于中心極限定理和三個假定，可以推導(dǎo)出厚隨機(jī)介質(zhì)散射場的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)可以由零平均圓復(fù)高斯統(tǒng)計(jì)模型描述。

在現(xiàn)有技術(shù)中，可通過實(shí)驗(yàn)方法研究光通過一類隨機(jī)介質(zhì)(比如厚隨機(jī)介質(zhì))的傳播和擴(kuò)散行為。在開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究時，通常采用毛玻璃、乳白色亞克力或者生物組織等作為隨機(jī)介質(zhì)樣品。但受限于工業(yè)制備工藝，隨機(jī)介質(zhì)樣品中的散射顆粒形狀、尺寸抑或分布等無法精確控制，以及由于實(shí)驗(yàn)過程中可能引入的誤差的影響，導(dǎo)致通過分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果揭示光在隨機(jī)介質(zhì)中的傳播規(guī)律非常艱難。

鑒于此，可考慮通過仿真方法研究光通過一類隨機(jī)介質(zhì)的傳播和擴(kuò)散行為。和實(shí)驗(yàn)研究相比，仿真方法可驗(yàn)證光在一類隨機(jī)介質(zhì)中傳播符合的統(tǒng)計(jì)分布，可初步總結(jié)出隨機(jī)介質(zhì)散射光的統(tǒng)計(jì)特性，同時確認(rèn)光通過隨機(jī)介質(zhì)傳播和擴(kuò)散行為的可行性。在仿真研究中，如何搭建隨機(jī)介質(zhì)是一個關(guān)鍵技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明提供了一種隨機(jī)介質(zhì)搭建、電磁散射場仿真方法和裝置，能夠滿足對光通過隨機(jī)介質(zhì)的傳播和擴(kuò)散行為的仿真研究需求，尤其能夠滿足仿真研究中產(chǎn)生特定電磁散射場波束(比如零平均圓復(fù)高斯電磁場波束)的建模需求。

(二)技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問題，第一方面，本發(fā)明提供了一種隨機(jī)介質(zhì)的搭建方法。

本發(fā)明的隨機(jī)介質(zhì)的搭建方法包括：步驟1、構(gòu)建由指定個數(shù)的顆粒組成的顆粒組；步驟2、確定所述顆粒組與所有已保存的隨機(jī)介質(zhì)的構(gòu)型之間的相似度；所述已保存的隨機(jī)介質(zhì)的構(gòu)型為已經(jīng)選取作為隨機(jī)介質(zhì)構(gòu)型的顆粒組；步驟3、在所述顆粒組與所有已保存的隨機(jī)介質(zhì)構(gòu)型之間的相似度都小于第一閾值的情況下，將所述顆粒組作為隨機(jī)介質(zhì)的構(gòu)型并保存。

可選地，所述方法還包括：在所述顆粒組與任一已保存的隨機(jī)介質(zhì)構(gòu)型之間的相似度大于或等于第一閾值的情況下，再次執(zhí)行所述構(gòu)建由指定個數(shù)的顆粒組成的顆粒組的步驟。

可選地，所述方法還包括：迭代執(zhí)行所述步驟1至步驟3，直至所述隨機(jī)介質(zhì)的構(gòu)型總數(shù)達(dá)到第二閾值。

可選地，所述顆粒為圓形顆粒，所述構(gòu)建由指定個數(shù)的顆粒組成的顆粒組的步驟包括：基于隨機(jī)函數(shù)在指定空間內(nèi)生成呈均勻分布的多個顆粒的位置坐標(biāo)；然后，根據(jù)預(yù)設(shè)約束條件從所述多個顆粒中抽取指定個數(shù)的顆粒，以得到由所述指定個數(shù)的顆粒組成的顆粒組；所述預(yù)設(shè)約束條件包括：顆粒之間的距離大于顆粒直徑，且顆粒到所述指定空間邊界的距離大于顆粒半徑。

可選地，所述顆粒為圓形顆粒，所述確定所述顆粒組與所有已保存的隨機(jī)介質(zhì)的構(gòu)型之間的相似度的步驟包括：在所述指定空間內(nèi)，以所述顆粒組中的顆粒位置坐標(biāo)為圓心、以顆粒半徑為半徑繪制一組圓，以一個已保存的隨機(jī)介質(zhì)的構(gòu)型中的顆粒位置坐標(biāo)為圓心、以顆粒半徑為半徑繪制另一組圓，將這兩組圓的重合面積與一組圓面積的比值作為所述顆粒組與該已保存的隨機(jī)介質(zhì)的構(gòu)型之間的相似度。