[發明專利]一種基于非均勻網格模型的復合目標散射半解析快速計算方法

在審

• 申請號: 202210624950.6
• 申請日: 2022-06-02
• 公開（公告）號: CN115169170A
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 郭琨毅;張尊;牟媛;盛新慶
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G01S13/90;G06F111/08;G06F111/10
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 張利萍

本發明公開了一種基于非均勻網格劃分和PO?EEC?IEM?ASC?FPM方法的復合目標散射快速計算方法：對于目標和粗糙面進行大網格剖分，利用PO?EEC和IEM?ASC求解；對于具有耦合效應的目標網格則進行加密，利用FPM求解，最大化減小了模型的未知數；同時，在進行耦合求解時，采用只計算一個加密耦合型面元的耦合散射幅度，解析得到所有耦合幅度，減少了重復計算的次數，顯著提高復合場景散射總場的計算效率。

技術領域

本發明涉及電磁散射計算技術領域，具體涉及一種超電大復雜環境中目標復合散射特性的高效計算。

背景技術

復雜環境中目標復合散射的快速準確計算是電磁仿真領域中急需解決的重要問題。在實際應用中，與粗糙地物背景相耦合的復雜雷達目標是最常見的復合場景之一。但是目標及其背景的結構復雜，電尺寸遠遠大于入射波長(電尺寸達到上千個波長時稱為超電大)，且地物背景具有多尺度性、隨機性和粗糙性等特點，給復合場景散射特性，尤其是目標和粗糙背景間耦合散射的準確高效電磁仿真帶來了巨大挑戰。

當前用于仿真粗糙背景與目標復合散射的技術方法包括全波法、高頻算法、高頻-全波混合算法及高頻-高頻混合算法等四類仿真方法。每類仿真方法的典型技術如下：

1.全波數值算法有矩量法(MoM)、時域有限差分(FTDT)和有限元法(FEM)等，為了提升傳統全波方法的計算效率，又提出了如多層快速多極子(MLFMA)、區域分解技術(DDM)和混合有限元-邊界元方法和多層快速多極子的合元極技術(FE-BI-MLFMA)技術等。

2.高頻方法有彈跳射線法(SBR)、幾何光學法(GO)、物理光學法(PO)、積分方程法(IEM)、基爾霍夫近似法(KA)、微擾法(SPM)、四路徑模型(FPM)和迭代物理光學法(IPO)等。

3.高頻-全波混合算法是為了提高全波算法的效率而提出的混合算法，典型的高頻-全波混合算法有混合基爾霍夫近似法和矩量法的KA-MoM方法、混合物理光學法與多層快速多極子法的PO-MLFMA方法和混合有限元、邊界元和基爾霍夫法的FE-BI-KA方法等。

4.高頻-高頻混合方法：由于高頻方法通常具有一定適用性范圍，此類方法可以提高單一高頻方法的適用范圍。典型的有混合物理光學法與彈跳射線法的PO-SBR方法、混合幾何光學法\物理光學法\物理繞射理論\基于毛細波修正的面元模型和多路徑模型的GO\PO\PTD-CWMFSM方法等和混合物理光學法與迭代物理光學法的PO-IPO法等。

雖然全波數值方法可以滿足復合目標散射特性仿真的準確性，但在仿真超電大復合場景模型時需要占用超大計算資源，且計算過程耗時，如使用自對偶積分方程矩量法(SDIE-MoM)計算一個100λ的海面-艦船復合場景，每一個復合目標模型的計算時間需要37分鐘，因此全波方法難以實現超電大復合目標散射特性的高效仿真，無法滿足實際工程需求。

相比于全波數值方法，高頻方法在復合散射仿真求解在效率上有著優勢。但高頻方法有一定的適用性限制，如PO法和IEM法只能計算目標和粗糙面的單次散射，而目標-粗糙面之間的多次散射需要借助SBR、IPO法等高頻方法進行計算，缺少能夠直接計算復合目標的高頻算法。

全波-高頻混合算法利用全波算法計算目標和耦合散射，利用高頻法計算粗糙面散射，在保證精度的同時提高了一定的計算效率，如使用KA-MoM法計算粗糙面與上方導彈復合的目標，效率上比全波法效率上提高了6.6倍。

高頻-高頻混合算法利用不同的高頻方法解決不同的回波成分，其在效率上比全波-高頻混合算法有了進一步提升。以PO-SBR混合法為例，計算電尺寸200個波長的海面和艦船復合場景的雙站散射特性的效率比矩量法提升了91.8倍。因此，高頻-高頻混合算法更適合解決超電大復合目標散射的快速計算。