[發明專利]介電常數極低且連續變化媒質的電磁散射建模方法

在審

• 申請號: 202111027097.1
• 申請日: 2021-09-02
• 公開（公告）號: CN113705055A
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發明（設計）人: 賀新毅;高偉;馮明;張元;王曉冰
• 申請（專利權）人: 上海無線電設備研究所
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06T17/20
• 代理公司: 上海元好知識產權代理有限公司 31323
• 代理人: 朱成之;張靜潔

本發明公開了一種介電常數極低且連續變化媒質的電磁散射建模方法，包括：S1，對大尺度媒質介電常數進行空間離散化，生成介電常數三維矩陣；S2，建立三維空間方格組合，每個維度上的方格數量與步驟S1中離散化后的介電常數三維矩陣數量一致；S3，將介電常數賦于對應的空間方格，使得空間方格與介電常數三維矩陣一一對應，完成大尺度媒質的幾何及電磁參數構建；S4，對三維空間方格組合進行六面體網格剖分，進而生成FDTD計算模型；S5，對生成的FDTD計算模型進行邊界條件設置，六面都設置為吸收邊界條件以模擬大氣媒質的散射條件；S6，進行大規模FDTD并行計算，根據應用需求獲取散射場值；S7，通過散射場獲取了RCS，并通過時頻分析獲取散射時頻譜圖。

技術領域

本發明涉及電磁散射計算領域，特別涉及一種介電常數極低且連續變化媒質的電磁散射建模方法。

背景技術

聲波作為一種機械波，在大氣中傳播時壓縮空氣，使大氣形成密度連續變化的聲場，將這種大氣聲場作為散射體計算其電磁散射特性時，可將其看作介電常數極低且連續變化的媒質。本發明專利提出一種六面體方格模擬介電常數變化媒質的幾何構造方法，使用時域有限差分(FDTD)法計算其電磁散射。本發明所提出的方法適用于所有介電常數極低且連續變化的稀疏媒質的電磁散射特性分析，比如大氣湍流的傳輸及散射特性建模計算、飛行器尾噴流的電磁散射特性建模計算、等離子體問題的建模計算等，為相關稀疏媒質的探測提供電磁散射、傳輸方面的理論和數據支持。

在檢索到的國內外公開及有限范圍發表的文獻中，有論文提出了二維大氣媒質變化的二維FDTD計算格式，但對于三維變化媒質沒有提出計算方法；有論文提出了任意連續變化媒質散射特性的高震蕩積分計算方法；其他論文中只對特殊變化形式提出了特殊的計算方法，不能解決任意且連續變化低散射媒質的電磁散射計算問題。在可檢索到的文獻中，尚沒有公開對介電常數極低且連續變化媒質的FDTD電磁散射建模計算方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種介電常數極低且連續變化媒質的電磁散射建模方法，可以普遍用于稀疏變化媒質的大規模電磁散射計算，特別可以用于聲波擾動的大氣媒質電磁散射特性計算。

為了實現以上目的，本發明是通過以下技術方案實現的：

一種介電常數極低且連續變化媒質的電磁散射建模方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1，對大尺度媒質介電常數進行空間離散化，生成介電常數三維矩陣；

S2，建立三維空間方格組合，每個維度上的方格數量與所述步驟S1中離散化后的介電常數三維矩陣數量一致；

S3，將介電常數賦于對應的空間方格，使得空間方格與介電常數三維矩陣一一對應，完成大尺度大氣媒質的幾何及電磁參數構建；

S4，對三維空間方格組合進行網格剖分，進而生成FDTD計算模型；

S5，對生成的FDTD計算模型進行邊界條件設置，各邊界都設置為吸收邊界條件，以模擬大氣媒質的散射條件；

S6，進行大規模FDTD并行計算，根據應用需求獲取散射場值；

S7，通過散射場獲取了RCS，并通過時頻分析獲取散射時頻譜圖。

所述的步驟S4中FDTD計算模型的網格剖分邊長由入射電磁波的波長限定。

所述的步驟S6中還包括設置迭代中止條件這一步驟，所述中止條件為迭代步數達到最大值或者殘差小于設定量。

所述的散射場為遠場散射場。

本發明與現有技術相比，具有以下優點：