[發明專利]一種隨機微納目標的兩級交互動態網格建模方法

在審

• 申請號: 202111143402.3
• 申請日: 2021-09-28
• 公開（公告）號: CN113868913A
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發明（設計）人: 李會萍;張培玉;馬曉燕;田露;周毅
• 申請（專利權）人: 河南大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/20;G06F111/10
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 王聚才

本發明提出了一種隨機微納目標的兩級交互動態網格建模方法，該方法主要包括如下步驟：S1第一級確定性的網格單元的建立，并保存該網格單元的編號及坐標值；S2根據隨機樣本的數量，生成服從某一概率密度函數的隨機變量，并記錄隨機變量所對應的坐標位置。將隨機變量的坐標位置交互填充到S1中生成的第一級網格中，獲得第二級網格單元；S3根據問題的樣本個數，重復步驟S2獲得多個隨機微納目標的電磁計算模型。本發明能實現對隨機幾何目標微小形變、細小凸起、隨機裂縫等不確定缺陷的建模和剖分，能準確模擬隨機微納目標的實體，提高數值求解精度；解決重復性地對大樣本建模剖分浪費計算資源的難題，減少數值計算的執行時間，加快電磁計算收斂速度。

技術領域

本發明屬于計算電磁學技術領域，具體涉及一種隨機微納目標的動態網格建模方法。

背景技術

電磁目標建模和網格剖分在數值求解麥克斯韋方程組中扮演著至關重要的角色，在數值分析中約占總時間的40％～60％，其優劣直接決定了后期電磁分析的精度和數值計算的效率。在電磁目標建模剖分中，不但要保證網格單元與目標幾何完美逼近，還要保證網格單元具有高的質量。

幾何結構的隨機性會對電磁問題的形式化描述與建模帶來巨大的困難，一些不規則結構或某些微納結構對電磁散射有較大影響，為保證隨機數值計算結果的可靠性，高質量的網格剖分不但要能充分反映實際目標的幾何特征，還要能模擬出各種不確定性參數的特性，而且還要盡量減少計算時間、提高數值求解精度、加快計算收斂速度。另外，對于隨機微納的幾何缺陷所帶來的電磁誤差問題，傳統上需要為每個被研究的目標樣本生成一個新的網格。為了獲得隨機幾何目標統計特性的較高數值精度，常常需要對隨機參數進行大量的采樣。對于隨機數值計算來說，顯然，重復性地對大量的樣本目標建模剖分是非常浪費計算資源的。

發明內容

本發明的目的是提供一種隨機微納目標的動態網格建模方法，用于解決大樣本隨機微納目標快速建模和網格精確剖分的問題。

本發明解決其技術問題的技術方案為：一種隨機微納目標的兩級交互動態網格建模方法，包括以下步驟：

S1：建立第一級確定性的網格單元，并保存該網格單元的編號及坐標值；

S2：根據隨機樣本的數量，生成服從某一概率密度函數的隨機變量，并記錄隨機變量所對應的坐標位置；將隨機變量的坐標位置交互填充到S1中生成的第一級網格中，獲得第二級網格單元；

S3：根據問題的樣本個數，重復步驟S2獲得多個隨機微納目標的電磁計算模型。

所述步驟S1建立第一級確定性的網格單元具體包括以下步驟：

S1.1：建立確定性的光滑微納目標的計算電磁模型，并要求該模型，整體上要能描述目標的形狀特征，局部細節上要有利于不確定性幾何特征的體現；

S1.2：利用電磁計算軟件對被計算電磁模型進行建模和剖分，形成第一級網格單元；

S1.3：保存步驟S1.2中確定性的光滑微納目標的網格單元的編號及坐標值。

所述步驟S2中第二級網格單元的獲得具體包括以下步驟：

S2.1、根據不同的隨機電磁問題，設定對應的隨機樣本容量；

S2.2、根據隨機樣本的數量，生成服從某一概率密度函數的隨機變量，并記錄隨機變量所對應的坐標位置；

S2.3、將隨機變量的坐標位置交互填充到第一級網格中，并通過節點插值或節點位移算法動態調整步驟S1中生成的坐標值，獲得第二級隨機微納目標的網格單元；

所述步驟S3多樣本隨機微納目標建模的實現，根據問題的樣本個數，重復步驟S2.2和S2.3即可獲得多個隨機微納目標的電磁計算模型。根據隨機樣本的特點，這些幾何模型的離散單元的尺寸大小在整個數值計算中并不相同，是一種非均勻的離散網格。