[发明专利]天线卫星平台多尺寸、多波段互耦天线的性能预估方法有效

专利信息
申请号: 201310661990.9 申请日: 2013-12-06
公开(公告)号: CN104699876B 公开(公告)日: 2018-05-29
发明(设计)人: 李猛猛;陈如山;樊振宏;丁大志 申请(专利权)人: 南京理工大学
主分类号: G06F17/50 分类号: G06F17/50
代理公司: 南京理工大学专利中心 32203 代理人: 朱显国
地址: 210094 *** 国省代码: 江苏;32
权利要求书: 查看更多 说明书: 查看更多
摘要:
搜索关键词: 预条件 互耦 预估 电流系数 天线卫星 卫星模型 多波段 父层 稀疏 子层 分辨 天线 近似 矩阵 电场积分方程 对角 标记天线 低频作用 高频作用 积分方程 内存占用 求解方程 区域构造 天线端口 天线馈源 网格文件 迭代法 多极子 基函数 矩量法 求解 多层 近场 向量 索引 并行 分组
【权利要求书】:

1.一种天线卫星平台多尺寸、多波段互耦天线的性能预估方法,其特征在于,步骤如下:

第1步,获取卫星模型网格文件,标记感兴趣的天线端口;

第2步,根据卫星模型网格文件信息,对卫星模型按照最细层组中离散边的数目进行八叉树分组,统计每一层中含有离散边的组数,索引子层组到父层组、以及父层组到子层组的关系;

第3步,建立电场积分方程以及与天线馈源对应的右边激励向量,其中离散的积分方程近作用部分采用矩量法,低频作用部分采用多层FFT方法,高频作用部分采用快速多极子方法;

第4步,采用近场区域构造多分辨稀疏近似逆预条件,多分辨基函数层采用对角预条件,广义RWG基函数层采用稀疏近似逆预条件;

第5步,通过BiCGStab迭代法求解方程的电流系数,并且根据电流系数求解第1步中所标记天线端口之间的互耦矩阵;

第2步中所述根据卫星模型网格文件信息,对卫星模型按照最细层组中离散边的数目进行八叉树分组,具体如下:

(2.1)首先用一个立方体包围卫星模型定义为第0层,然后立方体等分为八个小立方体定义为第1层,每个小立方体再继续等分为八个小立方体,直到第L层,使每个组中的平均离散边的个数不超过50;

(2.2)第l层所含有的组数为8l,每一层中的所有组按照组中心的位置依次编号为1到8l,其中1<l<L;

(2.3)第l-1层定义为第l层的父层组,相反第l层定义为第l-1层的子层组,由组i索引它的父层组ip的方法为首先把编号i转化成二进制序列,把该二进制序列去掉右边三位并且转化成十进制即为编号ip

第3步所述建立电场积分方程以及与天线馈源对应的右边激励向量,其中离散的积分方程近作用部分采用矩量法,低频作用部分采用多层FFT方法,高频作用部分采用快速多极子方法,因此迭代过程中的矩阵矢量乘为其中为近作用部分采用矩量法部分,为低频多层FFT部分,为高频多层快速多极子方法部分,具体如下:

(3.1)把组j中的不规则离散网格上的基函数投影到组j中规则的笛卡尔网格点上;

组j中的1~n不规则离散网格上的基函数和基函数的散度,通过组j标量位的插值因子ΠjA和组j矢量位的插值因子ΠjD投影到组j中1~(M+1)3规则的笛卡尔网格点上

Π j A = ∫ s f 1 ( r ) f 2 ( r ) . . . f n ( r ) [ β 1 , β 2 ... β ( M + 1 ) 3 ] d s - - - ( 1 ) ]]>

Π j D = ∫ s ▿ · f 1 ( r ) ▿ · f 2 ( r ) . . . ▿ · f n ( r ) [ β 1 , β 2 ... β ( M + 1 ) 3 ] d s - - - ( 2 ) ]]>

式中,f1(r)…fn(r)为第i组中包含的n个基函数,M为对应的一维方向的插值点数目,为求散度,s为离散网格的面积,β为拉格朗日插值多项式;

在插值点u的三维形式的拉格朗日多项式表示为x轴、y轴和z轴插值多项式乘积的形式:

β u ( r → ) = β ( x ) β ( y ) β ( z ) - - - ( 3 ) ]]>

式中,x、y、z为插值点直角坐标系的坐标;

(3.2)把组j中规则的笛卡尔网格点上的基函数通过投影到组j的父层组jp中规则的笛卡尔网格点上:

Π j , j p = [ β 1 ( r j p ) , β 2 ( r j p ) ... β ( M + 1 ) 3 ( r j p ) ] - - - ( 4 ) ]]>

式中,为从组j插值到父层组jp的插值因子;

(3.3)把组jp中规则的笛卡尔网格点上的电势通过转移到组j的父层组ip中的规则笛卡尔网格点上,为父层组ip和父层组jp的规则网格点形成的格林函数矩阵;

(3.4)把组ip中规则的笛卡尔网格点上的电势通过插值到组i中规则的笛卡尔网格点上:

Π i , i p = [ β 1 ( r i p ) , β 2 ( r i p ) ... β ( M + 1 ) 3 ( r i p ) ] - - - ( 5 ) ]]>

式中,为从组i插值到父层组ip的插值因子;

(3.5)把组i中规则的笛卡尔网格点上的电势插值到组i中不规则离散网格上:

组i中1~(M+1)3规则的笛卡尔网格点上的电势插值通过组i标量位的插值因子ΠiA和组i矢量位的插值因子ΠiD插值到组i中1~n不规则离散网格上的基函数,组i和组j之间形成的阻抗矩阵Zij通过单层FFF表示为:

Z i j = k 0 2 Π i A G i j Π j A T - Π i D G i j Π j D T - - - ( 6 ) ]]>

式中,k0为自由空间波数,组j中规则的笛卡尔网格点和组i中规则的笛卡尔网格点形成的格林函数矩阵Gi,j为:

G i , j = g 1 , 1 g 1 , 2 ... g 1 , ( M + 1 ) 3 g 2 , 1 g 2 , 2 ... g 2 , ( M + 1 ) 3 ... ... ... ... g ( M + 1 ) 3 , 1 g ( M + 1 ) 3 , 2 ... g ( M + 1 ) 3 , ( M + 1 ) 3 - - - ( 7 ) ]]>

式中为组i和组j中插值点之间形成的自由空间格林函数;

(3.6)式(7)中组i和组j正规网格点之间的格林函数矩阵Gi,j为Toeplitz矩阵,矩阵矢量乘使用FFT来加速,整个矩阵方程迭代过程中的矩阵矢量乘经过单层FFT加速为:

Z I = Z N e a r M o M I + Z L o w _ f r e F F T I = Z N e a r M o m I + k 0 2 Π A · I F F T { F F T ( G ) · F F T ( Π A T I ) } - Π D · I F F T { F F T ( G ) · F F T ( Π D T I ) } - - - ( 8 ) ]]>

其中Z为整个矩量法离散阻抗矩阵,I待求解电流系数,为近作用部分采用矩量法部分,为低频多层FFT部分,FFT()为FFT正变换,IFFT()为FFT逆变换,ΠA为标量位的插值因子,ΠD为矢量位的插值因子,G为格林函数矩阵,k0为自由空间波数;

所以组i和组j之间形成阻抗矩阵通过两层FFT近似表示为:

Z i j = k 0 2 Π i A Π i , i p G i p , j p Π j , j p T Π j A T - Π i D Π i , i p G i p , j p Π j , j p T ( Π j D ) T - - - ( 9 ) ]]>

低频作用部分的矩阵矢量乘经过FFT加速为:

Z L o w _ f e r F F T I = Π i Π i , i p I F F T { F F T ( G i p , j p ) F F T ( Π j , j p T Π j T I ) } - Π i D Π i , i p I F F T { F F T ( G i p , j p ) F F T ( Π j , j p T Π D T I ) } - - - ( 10 ) ]]>

式中,Πi为组i的插值因子,Πj为组j的插值因子;

高频相互作用部分采用多层快速多极子方法加速,最终的快速积分方法加速的矩阵矢量乘为:

Z I = Z N e a r M o M I + Z L o w _ F r e F F T I + Z H i g h _ F r e M L F M A I = Z N e a r M o M I + Π A · I F F T { F F T ( G ) · F F T ( Π A T I ) } - Π D · I F F T { F F T ( G ) · F F T ( Π D T I ) } + Z h i g h M L F M A I - - - ( 11 ) ]]>

式中,为高频多层快速多极子方法部分;

第4步中所述采用近场作用区域构造多分辨稀疏近似逆预条件,多分辨基函数层采用对角预条件,广义RWG基函数层采用稀疏近似逆预条件,具体如下:

多分辨基函数为RWG基函数的线性组合,转换矩阵T的每一行的非零元素代表RWG基函数的线性组合系数:

T = T M R T g R W G - - - ( 12 ) ]]>

式中,TMR为RWG基函数到多分辨基函数的线性组合系数矩阵,TgRWG为RWG基函数到广义RWG基函数的线性组合系数矩阵,基函数通过转换矩阵T把构造预条件的矩阵变换为:

Zp=T(Znear)TT (12)

预条件矩阵Zp写成如下形式

Z p = Z n e a r | M R , M R Z n e a r | M R , g R W G Z n e a r | r R W G , M R Z n e a r | g R W G , g R W G - - - ( 13 ) ]]>

式中,Znear|MR,MR为MR基函数之间形成的阻抗矩阵,Znear|MR,gRWG和Znear|gRWG,MR为RWG基函数和gRWG基函数形成的阻抗矩阵,Znear|gRWG,gRWG为gRWG基函数之间形成的阻抗矩阵;

对应多分辨基函数部分采用对角预条件D|MR,MR

D | M R , M R = 1 d i a g ( Z n e a r | M R , M R ) - - - ( 14 ) ]]>

对应广义RWG基函数部分采用稀疏近似逆预条件Zp|gRWG,gRWG,使下式取最小值:

| | Z e - Z p | g R W G , g R W G M | | F 2 = Σ j = 1 N g R W G | | e j - Z p | g R W G , g R W G m j | | 2 2 - - - ( 15 ) ]]>

式中,M为预条件矩阵,Ze为单位矩阵,ej为单位列向量,mj为M的列向量,||.||为二范数;

从而得到预条件矩阵方程ZMR-SAI为:

Z M R - S A I = D I Z p | M R , M R Z p | M R , g R W G Z p | g R W G , M R 0 D I + 0 0 0 Z p | g R W G , g R W G M - - - ( 16 ) ]]>

所述低频作用部分采用多层FFT方法,高频作用部分采用快速多极子方法,其中相互作用组之间距离小于0.3波长为低频作用部分,相互作用组之间距离大于0.3波长为高频作用部分。

下载完整专利技术内容需要扣除积分,VIP会员可以免费下载。

该专利技术资料仅供研究查看技术是否侵权等信息,商用须获得专利权人授权。该专利全部权利属于南京理工大学,未经南京理工大学许可,擅自商用是侵权行为。如果您想购买此专利、获得商业授权和技术合作,请联系【客服

本文链接:http://www.vipzhuanli.com/pat/books/201310661990.9/1.html,转载请声明来源钻瓜专利网。

×

专利文献下载

说明:

1、专利原文基于中国国家知识产权局专利说明书;

2、支持发明专利 、实用新型专利、外观设计专利(升级中);

3、专利数据每周两次同步更新,支持Adobe PDF格式;

4、内容包括专利技术的结构示意图流程工艺图技术构造图

5、已全新升级为极速版,下载速度显著提升!欢迎使用!

请您登陆后,进行下载,点击【登陆】 【注册】

关于我们 寻求报道 投稿须知 广告合作 版权声明 网站地图 友情链接 企业标识 联系我们

钻瓜专利网在线咨询

周一至周五 9:00-18:00

咨询在线客服咨询在线客服
tel code back_top