[發明專利]基于伴隨方程的RCS敏感度及設計變量梯度計算方法

在審

• 申請號: 202310508896.3
• 申請日: 2023-05-08
• 公開（公告）號: CN116595636A
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發明（設計）人: 周琳;黃江濤;陳憲;鄧俊;鐘世東;劉剛
• 申請（專利權）人: 中國空氣動力研究與發展中心空天技術研究所
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/20
• 代理公司: 重慶市信立達專利代理事務所(普通合伙) 50230
• 代理人: 張麗楠

本發明屬于飛行器外形隱身設計計算技術領域，公開了基于伴隨方程的RCS敏感度及設計變量梯度計算方法，包括S1、基于自動微分技術對阻抗矩陣、激勵向量偏導數的計算；S2、基于稀疏矩陣存儲技術對阻抗矩陣偏導數的存儲；S3、基于伴隨方程對表面敏感度的計算；S4、基于表面敏感度對設計變量梯度的計算；本發明能夠計算得到RCS的表面敏感度，實現RCS表面敏感度的可視化；而且該方法將基于自動微分法的阻抗矩陣偏導數求解嵌入阻抗矩陣并行填充循環中，對于任意數量設計變量和入射角度，僅需進行一次阻抗矩陣、阻抗矩陣偏導數求解，使RCS梯度計算時間與設計變量數無關。

技術領域

本發明涉及飛行器外形隱身設計計算技術領域，具體為一種基于伴隨方程的RCS敏感度及設計變量梯度計算方法。

背景技術

雷達散射截面(RadarCrosssection,RCS)是指雷達入射方向上單位立體角內返回散射功率與目標截狀的功率密度之比，其是雷達隱身技術中最關鍵的概念，它表征了目標在雷達波照射下所產生回波強度的一種物理量。雷達隱身技術越發達，其代表著越低的可探測性，因此，雷達隱身技術是提高飛行器生存能力的核心技術之一。

飛行器外形隱身技術通過改變飛行器布局或外形表面特征，將雷達波的主要散射能量規避到幾個非主要威脅方位，降低特定角度范圍內的RCS。因此，飛行器外形隱身是隱身設計的基礎和根本，是決定飛行器隱身性能的首要因素。

表面靈敏度可以反映表面網格變化對目標函數的變化，對優化設計有重要指導作用，而且設計變量的梯度可以根據表面靈敏度直接求出。現有基于伴隨的RCS梯度計算方法無法得到目標外形的RCS的表面靈敏度信息，且計算RCS梯度的時候需要反復填充阻抗矩陣，制約RCS梯度的計算效率。因此，如何高效、高精度的計算RCS表面敏感度，實現RCS表面敏感度信息可視化，克服現有基于伴隨方法的設計變量RCS梯度求解需反復填充阻抗矩陣的問題，使設計變量梯度計算代價徹底與設計變量數無關是本領域亟解決的問題。

發明內容

本發明意在提供一種基于伴隨方程的RCS敏感度及設計變量梯度計算方法，以解決現有基于伴隨方法的設計變量梯度求解需反復填充阻抗矩陣的問題。實現表面靈敏度的高效、高精度求解，使設計變量梯度計算代價徹底與設計變量數無關。

為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

基于伴隨方程的RCS敏感度及設計變量梯度計算方法，包括以下步驟：

S1、基于自動微分技術對阻抗矩陣、激勵向量偏導數進行計算：

采用基于RWG基函數的矩量法求解麥克斯韋積分方程，將阻抗矩陣偏導數的計算表示成積分項int1、int2和res1、res2、res3的組合；

其中，積分項int1和int2的表達式為：

乘積項res1、res2和res3的表達式為：

則為res1、res2和res3的線性組合；以此將阻抗矩陣偏導數的計算嵌入阻抗矩陣填充循環，實現阻抗元素偏導數的計算；

S2、基于稀疏矩陣存儲技術對阻抗矩陣偏導數進行存儲：

每一阻抗矩陣元素Z_mn的計算至多只與基函數m和基函數n相連的四個三角形，共8個表面網格點的位置有關；