[發明專利]計算電大目標電磁散射問題的快速方法

有效

• 申請號: 201911304102.1
• 申請日: 2019-12-17
• 公開（公告）號: CN111191392B
• 公開（公告）日: 2023-06-09
• 發明（設計）人: 章幻;盛亦軍;陳如山;張天成;李兆龍;王貴;葉曉東
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 王瑋

本發明公開了一種計算電大目標電磁散射問題的快速方法，該算法以基于電場波動方程的不連續伽遼金時域有限元法為基本算法，以各向異性完美匹配層(UPML)為吸收邊界，改變了原算法中以阻抗匹配條件為吸收邊界的局限，不僅提升了對電磁波的吸收性能，還極大地減少了計算空域，提高計算效率。同時，相比于傳統的基于一階麥克斯韋方程的不連續伽遼金時域有限元法，新算法采用內部懲罰不連續伽遼金技術實現了電場的獨立求解，使得未知量減少50％以上。

技術領域

本發明屬于電磁仿真技術領域，具體是一種不連續伽遼金時域有限元算法數值計算方法，是一種針對電大尺寸中電磁散射分析中的高效算法。

背景技術

電大尺寸散射問題出現在眾多實際電子工程領域中，如復雜系統電磁干擾、電磁兼容等。傳統的電大尺寸目標散射問題計算是基于UPML邊界的一階麥克斯韋方程作為控制方程，利用不連續伽遼金技術進行求解，額外引入了次工作變量求解。計算資源消耗嚴重，系統仿真耗時增加，而本發明采用基于UPML邊界的二階矢量電場波動方程作為控制方程，改變了原算法中以阻抗匹配條件為吸收邊界的局限，并采用內部懲罰不連續伽遼金方法進行求解，保留了不連續伽遼金有限元方法的天然并行性，減少仿真區域，并使未知量減少一半，占用內存減少，系統仿真時間可以得到極大的縮短，因此，研究計算電大目標電磁散射問題的快速方法具有意義的。

發明內容

本發明的目的在于提供一種計算電大目標電磁散射問題的快速方法。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種計算電大目標電磁散射問題的快速方法，步驟如下：

第一步，建立含UPML吸收層的電磁仿真模型，使用四面體單元對模型進行離散，獲取模型的結構信息；

第二步，建立含UPML吸收層的不連續伽遼金時域電場迭代公式，將電磁仿真模型的結構信息應用于該公式，形成只包含電場未知量的、具有顯式求解格式的迭代解。

第三步，按時間步進，對電場完成規定步數的迭代求解，再根據近-遠場轉換關系，計算電磁目標的雷達散射截面(RCS)。

本發明與現有技術相比，其顯著優點：(1)在電大物體RCS計算中可以減少內存消耗。(2)在電大物體RCS計算中可以減少計算所需的時間。(3)本發明尤其適用于電大目標電磁散射問題的求解，使用該算法可以極大降低計算機內存消耗，節省計算時間。

附圖說明

圖1是金屬散射模型示意圖。

圖2是散射截面積比較圖。

具體實施方式

下面結合附圖1和2對本發明作進一步描述。

本發明是一種計算電大目標電磁散射問題的快速方法，步驟如下：

第一步，建立含UPML吸收層的電磁仿真模型，使用四面體單元對模型進行離散，獲取模型的結構信息；

第二步，建立含UPML吸收層的不連續伽遼金時域電場迭代公式，從基于UPML邊界的二階矢量電場波動方程出發：

上式中ε、ε分別表示離散單元的介電常數和磁導率，E和q分別表示電場強度和電場強度的旋度。其中，UPML相關參數：ξ＝x,y,z。

對等式(1),(2)式分別進行伽遼金測試，利用散度定理得到：

將(4)式代入(3):

定義兩個算符：