分析介質目標瞬態電磁散射特性的時域非共形網格方法技術

本發明專利技術公開了一種分析介質目標瞬態電磁散射特性的時域非共形網格方法。步驟如下：建立介質時域體積分方程；將待求未知量采用三角基函數進行時間上的離散，并采用非共形的四面體單元進行空間上的離散；形成待求解的矩陣方程，未知電流為介質瞬態體電流；求解矩陣方程，得到介質的瞬態體電流系數，再根據體電流系數確定瞬態電磁散射參量。本發明專利技術基于非共形網格方法求解的時域體積分方程方法可以更加靈活的處理待求目標的網格離散，特別是對于不均勻的介質體或者是存在多尺度模型的情況。

【技術實現步驟摘要】
一
本專利技術屬于電磁仿真
，特別是一種分析介質目標瞬態電磁散射特性的時域非共形網格方法。二
技術介紹
目標電磁散射特性的獲取與分析是電磁問題中的一個非常重要研究領域，目標的電磁散射波是雷達探測、遙感觀測以及地質勘測等眾多應用的信息來源，散射特性的分析是這些應用系統在設計和工作時的主要依據。雷達目標的形狀和體積等物理量都是通過對雷達散射截面等參數進行計算得出的，且雷達散射截面積是雷達系統對目標“可觀測性”的一個重要指標。因此，對于各種目標散射特性的研究在這些應用領域具有特別重要的現實意義。近年，隨著寬頻帶電磁散射系統的快速發展，瞬態電磁散射特性的分析越來越引起科研學者和工程人員的關注。相比于其它方法，時域體積分方程方法非常適合于介質目標瞬態電磁散射特性的分析,尤其適合非均勻介質目標瞬態電磁散射特性的分析(Noel T.Gres,Arif A.Ergin and Eric Michielssen,“Volume-integral-equation-based analysis of transient electromagnetic scattering from three-dimensional inhomogeneous dielectric objects,”Radio Science,vol.36,no.3,pp.379–386,2001.)。但是當分析的介質目標存在高度不均勻介電常數，或者是存在多尺度的時候，網格的處理成為了普通時域體積分方程面臨的難題。三
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種更加靈活和準確地分析非均勻或存在多尺度的介質目標瞬態電磁散射特性的時域非共形網格方法。實現本專利技術目的的技術解決方案為：一種分析介質目標瞬態電磁散射特性的時域非共形網格方法，步驟如下：步驟1，建立介質時域體積分方程；步驟2，將待求未知量采用三角基函數進行時間上的離散，并采用非共形的四面體
單元進行空間上的離散；步驟3，形成待求解的矩陣方程，未知電流為介質瞬態體電流；步驟4，求解矩陣方程，得到介質的瞬態體電流系數，再根據體電流系數確定瞬態電磁散射參量。本專利技術與現有技術相比，其顯著優點是：(1)可以更加靈活和準確地分析非均勻或存在多尺度的介質目標瞬態電磁散射特性，并且對離散網格具有魯棒性；(2)因為離散物體所需的網格不再需要共形的需求，可以靈活地擬合物體的形狀以及表征內部的介電常數的分布情況。四附圖說明圖1是本專利技術中非共形網格的示意圖。圖2是本專利技術實施例中介質目標在不同頻率點處的雙站雷達散射截面(RCS)。五具體實施方式下面結合附圖對本專利技術作進一步詳細描述。本專利技術分析介質目標瞬態電磁散射特性的時域非共形網格方法，步驟如下：步驟1，建立介質時域體積分方程；令電磁波照射到介質目標上，在介質體內產生感應體電流J，根據介質的電場邊界條件，即總電場等于入射電場與散射電場之和，得到介質時域體積分方程TD-VIE，如下：Einc(ro,t)+Esca(ro,t)＝Etot(ro,t) (1)其中，Einc表示照射在介質目標上的電磁波的入射電場，Etot表示總電場，Esca表示介質目標在電磁波照射后產生的散射電場，瞬態散射電場的表達形式為： E sca ( r , t ) = ∫ V ′ ▿ ▿ · ∂ t - 1 J ( r ′ , t - | r - r ′ | / c ) 4 πϵ | r - r ′ | d V ′ - ∫ V ′ μ ∂ t J ( r ′ , t - | r - r ′ | / c ) 4 π | r - r ′ | d V ′ - - - ( 2 ) ]]>將(2)代入(1)式，則(1)式可重新改寫為： E inc ( r , t ) = ∂ t - 1 J ( r ′ , t ) ϵ 0 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種分析介質目標瞬態電磁散射特性的時域非共形網格方法，其特征在于，步驟如下：步驟1，建立介質時域體積分方程；步驟2，將待求未知量采用三角基函數進行時間上的離散，并采用非共形的四面體單元進行空間上的離散；步驟3，形成待求解的矩陣方程，未知電流為介質瞬態體電流；步驟4，求解矩陣方程，得到介質的瞬態體電流系數，再根據體電流系數確定瞬態電磁散射參量。

【技術特征摘要】
1.一種分析介質目標瞬態電磁散射特性的時域非共形網格方法，其特征在于，步驟如下：步驟1，建立介質時域體積分方程；步驟2，將待求未知量采用三角基函數進行時間上的離散，并采用非共形的四面體單元進行空間上的離散；步驟3，形成待求解的矩陣方程，未知電流為介質瞬態體電流；步驟4，求解矩陣方程，得到介質的瞬態體電流系數，再根據體電流系數確定瞬態電磁散射參量。2.根據權利要求1所述的分析介質目標瞬態電磁散射特性的時域非共形網格方法，其特征在于，步驟1中所述建立介質時域體積分方程，具體如下：令電磁波照射到介質目標上，在介質體內產生感應體電流J，根據介質的電場邊界條件，即總電場等于入射電場與散射電場之和，得到介質時域體積分方程TD-VIE，如下：Einc(ro,t)+Esca(ro,t)＝Etot(ro,t) (1)其中，Einc表示照射在介質目標上的電磁波的入射電場，Etot表示總電場，Esca表示介質目標在電磁波照射后產生的散射電場，瞬態散射電場的表達形式為： E sca ( r , t ) = ∫ V ′ ▿ ▿ · ∂ t - 1 J ( r ′ , t - | r - r ′ | / c ) 4 πϵ | r - r ′ | dV ′ ∫ V ′ μ ∂ t J ( r ′ , t - | r - r ′ | / c ) 4 π | r - r ′ | dV ′ - - - ( 2 ) ]]>將(2)代入(1)式，則(1)式重新改寫為： E inc ( r , t ) = ∂ t - 1 J ( r ′ , t ) ϵ 0 ( ϵ r - 1 ) + μ 0 4 π ∫ V ′ ∂ τ J ( r ′ , t - R / c ) R dV ′ - 1 4 π ϵ 0 ∫ V ′ ▿ ▿ · ∂ t - 1 J ( r ′ , t - R / c ) R dV ′ - - - ( 3 ) ]]>其中，V表示四面體單元，μ0表示自由空間的磁導率，ε0表示自由空間的介電常數，εr為介質體的相對介電常數，r為場的位置坐標，r′為源的位置坐標，c表示真空中的光速，表示對時間函數的積分，表示對時間函數的求導，▽為梯度算子。3.根據權利要求1所述的分析介質目標瞬態電磁散射特性的時域非共形網格方法，其特征在于，步驟2中所述將待求未知量采用三角基函數進行時間上的離散，并采用非共形的四面體單元進行空間上的離散，具體如下：介質目標的瞬態感應體電流離散表示如下： J ( r , t ) = Σ n = 1 N V Σ l = 1 N t I n l T l ( t ) f n ( r ) - - - ( 4 ) ]]>其中：式中，fn(r)為半個SWG基函數，Tl(t)為三角時間基函數，為第n個未知量在第l時刻的待求瞬態電流系數，NV為空間未知量個數、Nt為時間步數。4.根據權利要求1所述的分析介質目標瞬態電磁散射特性的時域非共形網格方法，其特征在于，步驟3中所述形成待求解的矩陣方程，未知電流為介質瞬態體電流，具體如下：將式(3)在空間上采用伽遼金測試，時間上采用點測試，得時域體積分的矩陣方程形式： Z ‾ E 0 I i = V E i - Σ j = 1 i - 1 Z ‾ E i - j I j - - -...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳如山，豆興昆，丁大志，樊振宏，呼延龍，
申請(專利權)人：南京理工大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32