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一种特征结构散射特性计算方法发明专利

更新时间:2024-07-01
一种特征结构散射特性计算方法发明专利 专利申请类型:发明专利;
源自:上海高价值专利检索信息库;

专利名称:一种特征结构散射特性计算方法

专利类型:发明专利

专利申请号:CN202111075284.7

专利申请(专利权)人:上海无线电设备研究所
权利人地址:上海市闵行区中春路1555号

专利发明(设计)人:高伟,王晓冰,廖意,陈亚南,张玉涛

专利摘要:一种特征结构散射特性计算方法,包含:步骤S1、建立特征结构的有限大阵列,根据计算规模选择低频算法;步骤S2、获取与入射方向关于特征结构法线方向对称的反射方向上距离特征结构表面固定倍数波长的位置上的反射电场;步骤S3、根据反射系数的定义,结合步骤S2中获取的反射电场计算得出特征结构的近似反射系数;步骤S4、利用步骤S3中得到的近似反射系数,采用基于特征反射系数的弹跳射线法仿真计算特征结构的散射特性。本发明可以高效计算并精确仿真难以求解的电大尺寸特征结构单元的反射系数问题。

主权利要求:
1.一种特征结构散射特性计算方法,其特征在于,包含以下步骤:步骤S1、建立特征结构的有限大阵列,根据计算规模选择低频算法,所述的有限大阵列是指周期数为10个×10个或以上;
步骤S2、获取与入射方向关于特征结构法线方向对称的反射方向上距离特征结构表面固定倍数波长的位置上的反射电场;
步骤S3、根据反射系数的定义,结合步骤S2中获取的反射电场计算得出特征结构的近似反射系数;
步骤S4、利用步骤S3中得到的近似反射系数,采用基于特征反射系数的弹跳射线法仿真计算特征结构的散射特性。
2.如权利要求1所述的特征结构散射特性计算方法,其特征在于,所述低频算法采用多层快速多极子MLFMM。
3.如权利要求1所述的特征结构散射特性计算方法,其特征在于,当有限大阵列的周期数大于等于10个且小于20个时,选择距离特征结构表面5‑10倍波长位置上的反射电场;当有限大阵列的周期数为20个×20个或以上时,选择距离特征结构表面10‑15倍波长位置上的反射电场。
4.如权利要求3所述的特征结构散射特性计算方法,其特征在于,所述步骤S3中,反射系数Γ定义表达为:r i
式中,E 为反射电场标量值,E 为入射电场标量值,反射系数相位可以用反射电场相位确定,Γ为频率、极化和入射方向的函数,在计算时,形成扫频、扫角、极化中的一种或几种的反射系数列表。
5.如权利要求4所述的特征结构散射特性计算方法,其特征在于,所述步骤S4中,反射场强表达为:式中, 分别为入射电场的垂直和水平分量, 分别为入射平面的两个基,Γ⊥、Γ||分别为垂直反射系数和水平反射系数,由步骤S3中所提供,入射电场和反射电场同时设为垂直或水平。 说明书 : 一种特征结构散射特性计算方法技术领域[0001] 本发明涉及雷达目标特性仿真技术,尤其涉及一种特征结构散射特性计算方法。背景技术[0002] 采用直接建模方式获取特征结构散射特性在时间复杂度和空间复杂度上均难以满足现实需求。传统解决此类问题的方法是针对周期结构的单元采用Floquet周期边界求解获取特征结构的反射特性,然后借助传统高频方法开展求解。然而,对于特征结构单元为电大尺寸的情形,上述两类方法都无法有效开展计算。发明内容[0003] 本发明的目的在于提供一种特征结构散射特性计算方法,可以高效计算并精确仿真难以求解的电大尺寸特征结构单元的反射系数问题。[0004] 为了达到上述目的,本发明提供一种特征结构散射特性计算方法,包含以下步骤:[0005] 步骤S1、建立特征结构的有限大阵列,根据计算规模选择低频算法;[0006] 步骤S2、获取与入射方向关于特征结构法线方向对称的反射方向上距离特征结构表面固定倍数波长的位置上的反射电场;[0007] 步骤S3、根据反射系数的定义,结合步骤S2中获取的反射电场计算得出特征结构的近似反射系数;[0008] 步骤S4、利用步骤S3中得到的近似反射系数,采用基于特征反射系数的弹跳射线法仿真计算特征结构的散射特性。[0009] 所述的有限大阵列是指周期数为10个×10个或以上。[0010] 所述低频算法采用多层快速多极子MLFMM。[0011] 当有限大阵列的周期数大于等于10个且小于20个时,选择距离特征结构表面5‑10倍波长位置上的反射电场;当有限大阵列的周期数为20个×20个或以上时,选择距离特征结构表面10‑15倍波长位置上的反射电场。[0012] 所述步骤S3中,反射系数Γ定义表达为:[0013][0014] 式中,Er为反射电场标量值,Ei为入射电场标量值,反射系数相位可以用反射电场相位确定,Γ为频率、极化和入射方向的函数,在计算时,形成扫频、扫角、极化中的一种或几种的反射系数列表。[0015] 所述步骤S4中,反射场强表达为:[0016][0017] 式中, 分别为入射电场的垂直和水平分量, 分别为入射平面的两个基,Γ⊥、Γ||分别为垂直反射系数和水平反射系数,由步骤S3中所提供,入射电场和反射电场同时设为垂直或水平。[0018] 本发明借助传统积分方程方法和反射系数定义,提出了一种求解电大尺寸、有耗介质特征结构单元的反射系数的高效方法,进而可以实现特征结构散射特性的快速仿真。附图说明[0019] 图1是本发明提供的一种特征结构散射特性计算方法的流程图。[0020] 图2是场强位置示意图。具体实施方式[0021] 以下根据图1~图2,具体说明本发明的较佳实施例。[0022] 如图1所示,本发明提供一种特征结构散射特性计算方法,包含以下步骤:[0023] 步骤S1、建立特征结构的有限大阵列(10个周期×10个周期或以上),根据计算规模选择合适的低频算法;[0024] 对于大规模计算问题,低频算法一般选择多层快速多极子(MLFMM),该MLFMM求解电大尺寸的时间复杂度和空间复杂度均为O(NlogN),效率极高;[0025] 步骤S2、如图2所示,获取与入射方向关于特征结构法线方向对称的反射方向上距离特征结构表面5‑10倍波长的位置上的反射电场;[0026] 在获取入射方向关于特征结构法线方向对称的反射方向上的场强时,选择计算所有特征结构单元往往因为边界效应会引入误差,一般选择不包含边界的特征结构单元部分的散射贡献,进而更加接近理论真值,在距离选择上,一般选择5‑10倍波长,这样可以减少特征结构单元的绕射贡献。当有限大阵列周期数为20个×20个或以上时,距离一般选择10‑15倍波长。[0027] 步骤S3、根据反射系数的定义,结合步骤S2中获取的反射电场计算得出特征结构的近似反射系数;[0028] 由经典电磁场理论,反射系数Γ定义表达为:[0029][0030] 式中,Er为反射电场标量值,Ei为入射电场标量值,反射系数相位可以用反射电场相位确定,Γ为频率、极化和入射方向的函数,在计算时,形成扫频、扫角、极化(视问题需要计算一种或组合形式)反射系数列表,以便调用;[0031] 步骤S4、采用基于特征反射系数的弹跳射线法仿真计算特征结构的散射特性;[0032] 弹跳射线法在场强追踪时,反射场强表达为:[0033][0034] 式中, 分别为入射电场的垂直和水平分量, 分别为入射平面的两个基,Γ⊥、Γ||分别为垂直反射系数和水平反射系数,由步骤S3中所提供,入射电场和反射电场同时设为垂直或水平。[0035] 特征结构反射系数的计算一般需要计算无限大周期,这样会导致求解效率的大幅降低。本发明选择有限大阵列作为求解对象,计算场强分布,结合反射系数的定义,获取反射系数。[0036] 本发明具有以下优点:[0037] 1、采用有限大周期阵列作为计算对象,结合反射系数的定义,可以高效计算精确仿真难以求解的电大尺寸特征结构单元反射系数问题。[0038] 2、基于反射系数文件替代特征结构本体,可以极为方便地嵌入到传统弹跳射线法,实现场强的射线追踪。[0039] 3、当特征结构透波时,对照步骤S3,结合透射系数的定义,只需形成透射系数文件,即可方便拓展求解透射问题。[0040] 本发明特别适用于特征结构单元为电大尺寸、有耗介质的情形,这种情形采用Floquet周期边界只是理论上可以求解,在内存、时间上无法满足工程需求。[0041] 需要说明的是,在本发明的实施例中,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述实施例,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。[0042] 在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。[0043] 尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍,但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后,对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此,本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

专利地区:上海

专利申请日期:2021-09-14

专利公开日期:2024-06-18

专利公告号:CN113742937B

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