[發明專利]基于迭代多層快速多極子的艦船模型電磁散射仿真方法

有效

• 申請號: 202011237722.0
• 申請日: 2020-11-09
• 公開（公告）號: CN112329308B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 林中朝;馮庚;張玉;趙勛旺;王楠
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/15
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;王璽鈞

本發明公開一種基于迭代快速多極子的艦船模型電磁仿真方法，主要解決現有技術對電大尺寸艦船目標電磁仿真計算意外中斷情況下中間電流解的丟失問題。其方案為：1)設置艦船仿真參數，并根據仿真參數剖分艦船網格文件；2)提取艦船網格信息構建阻抗矩陣Z；3)利用阻抗矩陣Z迭代計算電流近似解I_k，并按照進程交替輸出I_k至A、B兩個文件夾，執行5)，若迭代過程中斷，執行4)；4)讀入一個文件夾中的電流解，重新進行2)和3)后，執行5)；5)利用最終電流解計算艦船雷達散射截面值。本發明避免了電流解的丟失減少了不必要的時間浪費，提高艦船電磁仿真的可靠性，可用于對飛機、艦船這些電大尺寸模型的大規模電磁散射分析。

技術領域

本發明屬于電磁技術領域，特別設計一種電磁散射仿真方法，可用于對飛機、艦船這些電大尺寸模型的大規模電磁散射分析。

背景技術

隨著雷達技術的不斷更新迭代，超視距探測與識別技術不斷提升，因此設計隱身特性良好用于支撐國防軍隊的飛機、艦船非常重要。飛機、艦船的隱身性能評估有多種方法，其中操作最簡單、快速的一個方法是利用軟件技術對設計的飛機、艦船模型進行電磁散射分析，模擬出飛機、艦船在接受雷達探測時雷達散射截面的方向圖，根據此方向圖優化飛機、艦船的隱身性能。

電磁散射分析方法有多種，其中工程上常用的分析方法是多層快速多極子算法MLFMA，MLFMA算法是一種由矩量法MOM發展而來的全波算法。MLFMA算法的阻抗矩陣構造分為近區矩陣和遠區矩陣，其中，近區矩陣是距離較近的電流基函數相互作用生成的，遠區部分是相距較遠的電流基函數相互作用得到的，因為該部分的作用比較微弱，對電流向量的計算影響較小，因此把電流基函數封裝成基函數組，把符合遠區條件的基函數組之間的相互作用通過聚合、轉移、配置來實現。相較于MOM算法，MLFMA算法大大降低了求解過程中耗費的內存和時間，且計算精度能夠滿足實際工程需要。

由于MLFMA算法的遠區阻抗矩陣是隱式的，沒有真實存在的矩陣，求解規模可以非常大，目前對其進行并行化設計，已經解決了百億未知量艦船模型的電磁散射分析。然而，對MLFMA算法進行程序熱點分析后發現，MLFMA算法中最耗費時間的程序段是矩陣向量乘部分，此部分涉及遠區電流基函數分組之間的相互作用，計算量巨大，大約耗費整個程序90％以上的時間，計算復雜度隨著未知量的增大呈O增長，對于10億未知量的艦船來說，執行一次矩陣向量乘過程耗費數個小時左右，大約要計算1至2周才能算出符合精度要求的結果，一旦程序出現未知故障，或者超算集群某個計算節點出現故障，或者突發停電事故等意外就會導致程序不能正常執行甚至中斷，進而導致迭代計算的電流近似解錯誤，程序重啟后整個計算流程需要從頭開始，大大降低計算效率，浪費超算計算資源，因此如何在計算過程中用較少的內存和較短的時間保存迭代計算過程中的電流近似解，使MLFMA算法進行迭代計算時，超算集群發生故障導致程序中斷，程序再次重啟后能順利恢復之前的迭代近似解繼續執行迭代計算是大規模電磁散射仿真中需要解決的關鍵技術。

大規模電磁散射仿真需要考慮程序意外中斷情況，同時還需要考慮迭代過程中保存數據所占內存問題。例如申請公布號為CN 108459922A發明名稱是“一種爆轟數值仿真并行程序中斷續算方法”，公開了一種在爆轟數值仿真并行程序中斷續算方法，該方法的實現包含以下步驟：

(1)在編寫的爆轟數值仿真并行程序中設置固定迭代步數，將各個進程的計算結果以文件形式輸出；

(2)假定爆轟數值仿真并行程序發生中斷，已經輸出的文件為迭代計算進行到第n步的結果:x₀,x₁,x₂...,其中0,1,2,...是進程標識，為非負整數；將爆轟并行程序進行初始化，各進程對應地讀入第n步時的輸出文件的結果，使其覆蓋程序中各網格的值；

(3)根據目標問題，在計算機程序中設置對應的邊界條件；

(4)將(3)中各網格點的值作為第n+1步計算的初始條件，繼續執行計算。