[發(fā)明專利]考慮載體平臺(tái)耦合的重復(fù)性結(jié)構(gòu)電磁特性特征模快速分析方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011081063.6
• 申請(qǐng)日: 2020-10-11
• 公開（公告）號(hào): CN112329204B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳如山;樊振宏;丁大志;朱晨曦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06T17/00;G06F17/16
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 陳鵬

本發(fā)明公開了一種考慮載體平臺(tái)耦合的重復(fù)性結(jié)構(gòu)電磁特性特征模快速分析方法，該方法步驟如下：首先對(duì)共形于載體平臺(tái)表面的重復(fù)性結(jié)構(gòu)整體建模；然后,針對(duì)該一體化結(jié)構(gòu)，充分利用結(jié)構(gòu)中的重復(fù)性特征，引入特征模全域基函數(shù)方法對(duì)重復(fù)性結(jié)構(gòu)部分的阻抗矩陣維度進(jìn)行縮減，大大減少待求未知量數(shù)目；接著，將多層快速多極子與特征模融合，加速降階阻抗矩陣填充過程以及迭代過程，提高效率；最后，使用基于MPI(Message Passing Interface)和OPENMP混合的并行降階技術(shù)，降低內(nèi)存消耗，減少計(jì)算時(shí)間，為共形重復(fù)性結(jié)構(gòu)和載體平臺(tái)一體化目標(biāo)的數(shù)值優(yōu)化與設(shè)計(jì)提供高效、準(zhǔn)確的分析工具。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于目標(biāo)電磁散射特性數(shù)值計(jì)算技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種考慮重復(fù)性結(jié)構(gòu)與載體平臺(tái)電磁耦合的電磁特性快速分析方法。

背景技術(shù)

重復(fù)性結(jié)構(gòu)在實(shí)際電磁工程中應(yīng)用廣泛，例如天線陣列、超表面人工電磁材料等等。這些重復(fù)性結(jié)構(gòu)還往往被共形地加載在飛機(jī)、衛(wèi)星等載體平臺(tái)上，載體平臺(tái)會(huì)對(duì)重復(fù)性結(jié)構(gòu)的電磁性能產(chǎn)生影響，因此為了實(shí)現(xiàn)電磁性能的預(yù)測(cè)、評(píng)估和優(yōu)化，需要對(duì)重復(fù)性結(jié)構(gòu)和載體平臺(tái)進(jìn)行一體化分析。隨著重復(fù)性結(jié)構(gòu)單元數(shù)目的增多以及平臺(tái)本身屬于電大尺寸結(jié)構(gòu)，受到內(nèi)存和計(jì)算時(shí)間的限制，傳統(tǒng)的有限元、矩量法、時(shí)域有限差分算法無法在普通的個(gè)人計(jì)算機(jī)及服務(wù)器上精確分析這類問題，為此，研究人員提出了能降低內(nèi)存和計(jì)算時(shí)間的快速分析方法，主要有基于積分方程矩量法的多層快速多極子算法、自適應(yīng)交叉近似算法等，這些算法減小了存儲(chǔ)和計(jì)算復(fù)雜度。然而，這些方法沒有充分利用結(jié)構(gòu)的重復(fù)性，計(jì)算含重復(fù)性子結(jié)構(gòu)的電磁問題的計(jì)算效率依然有提升的空間。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種考慮載體平臺(tái)耦合的重復(fù)性結(jié)構(gòu)電磁特性特征模快速分析方法，針對(duì)置于載體平臺(tái)上重復(fù)性結(jié)構(gòu)的電磁散射/輻射特性的預(yù)測(cè)、評(píng)估和優(yōu)化，提供一種快速、準(zhǔn)確的分析工具。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種考慮載體平臺(tái)耦合的重復(fù)性結(jié)構(gòu)特征模快速分析方法，包括以下步驟：

步驟1、對(duì)共形于載體平臺(tái)表面的重復(fù)性結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)建模；

步驟2、引入特征模全域基函數(shù)方法，對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)中重復(fù)性結(jié)構(gòu)部分的阻抗矩陣維度進(jìn)行縮減，減少待求未知量數(shù)目；

步驟3、利用多層快速多極子技術(shù)實(shí)現(xiàn)加速特征模降階阻抗矩陣的填充、以及迭代過程非重復(fù)結(jié)構(gòu)部分的阻抗矩陣與向量相乘運(yùn)算；

步驟4、采用基于MPI和OPENMP混合的特征模-多層快速多極子并行降階；

步驟5、利用廣義最小余量迭代算法，分析出載體平臺(tái)表面的電流密度和重復(fù)性結(jié)構(gòu)特征模系數(shù)，處理后得到整個(gè)結(jié)構(gòu)的電流密度，后處理可得到空間電磁場(chǎng)、輸入阻抗、散射場(chǎng)、輻射場(chǎng)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)為：本發(fā)明研究考慮載體平臺(tái)耦合的重復(fù)性結(jié)構(gòu)快速分析方法，對(duì)于重復(fù)性結(jié)構(gòu)，提取單元的特征模式并進(jìn)行復(fù)用，大大減少了未知量，并結(jié)合多層快速多極子，減少了計(jì)算復(fù)雜度，加速阻抗矩陣填充、降階及迭代過程。此外提出了基于MPI和OPENMP混合的并行降階技術(shù)，降低內(nèi)存消耗，減少計(jì)算時(shí)間，為共形重復(fù)性結(jié)構(gòu)和載體平臺(tái)一體化目標(biāo)的數(shù)值優(yōu)化與設(shè)計(jì)提供高效、準(zhǔn)確的分析工具。

附圖說明

圖1是本發(fā)明中考慮載體平臺(tái)耦合的重復(fù)性結(jié)構(gòu)特征模快速分析方法的流程圖。

圖2是本發(fā)明中重復(fù)性結(jié)構(gòu)共形示意圖，其中圖2(a)為重復(fù)性結(jié)構(gòu)共形錐臺(tái)面示意圖，圖2(b)為側(cè)面展開示意圖。

圖3是本發(fā)明中考慮載體平臺(tái)耦合的重復(fù)性結(jié)構(gòu)的全局八叉樹分組示意圖。

圖4是本發(fā)明中MPI-OPENMP混合并行的CM-MLFMA算法策略示意圖。

圖5是本發(fā)明中示例的導(dǎo)彈加載FSS示意圖，圖5(a)為導(dǎo)彈加載81個(gè)FSS示意圖，圖5(b)為FSS單元尺寸示意圖。