[发明专利]腔体含介质目标电磁散射混合分析方法

说明书

技术领域

本发明属于目标电磁散射特性数值计算技术领域，特别是一种腔体含介质目标电磁散射混合分析方法。

背景技术

近十几年来，电大尺寸复杂腔体的电磁散射特性分析引起了人们广泛的研究兴趣。抛物线方程方法在处理电大复杂金属目标有很大的优势。抛物线方程方法初期主要用来处理比较复杂的声波的传播问题和光学等方面的问题。该方法首先是由Lenontovich在1946年提出。随后，Malyuzhiners将PE方法和几何光学法结合，提出了一种关于障碍物绕射的理论；Hardin提出了分裂步傅立叶方法，用来解决水下声波的传播问题；Claerbout引入了有限差分，将PE方法应用于地球物理学，它对长距离声波在海洋中的传播和地震波传播的计算和研究提供了一种有效、准确的方法。近年来，国内外学者开始将抛物线方程方法应用于处理电磁散射问题.该算法把波动方程简化为抛物线方程，将散射目标等效为一系列的面元或线元，然后通过散射体上的边界条件和场的空间递推方式求解抛物线方程，把三维问题转化为一系列的二维问题来计算，通过近场/远场转换得到远区散射场，进而计算目标的双站RCS。

然而，抛物线方程有自身的缺陷，该方法对于计算电小尺寸目标的散射时，计算误差较大，同时不适合用于计算腔体或凹面体的散射，主要是因为在这些目标表面散射场在传播方向上有大的变化。基于矩量法的体面积分方程是一种积分类数值仿真方法，它是波动方程的精确解，可以准确的分析腔体的电磁散射，但是它计算电大介质目标电磁散射时，消耗的内存很大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效、可靠的基于体面积分和无网格抛物线方程的腔体含介质目标电磁散射混合分析方法，该方法腔体部分运用体面积分方程方法，并结合快速多级子进行求解，能够快速得到含腔结构目标的电磁散射特性参数。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种腔体含介质目标电磁散射混合分析方法，步骤如下：

步骤1、将含腔目标的腔体部分填充为实心的金属，建立填充后目标的离散模型，确定抛物线方程的轴向方向作为x轴，在x轴方向使用CN差分格式获取相邻两个切面间的关系，在y轴、z轴方向均采用RPIM构造形函数及空间导数，并且引入散射体边界条件，构造出矩阵方程；

步骤2、依次对各个切面上的节点电场值进行递推求解，通过不断更新边界点的信息以及方程的右边向量求解下一个切面上各个离散节点处的电场值；

步骤3、对最后一个切面的电场值进行修正，求解最后一个切面的矩阵方程，得到离散节点处的电场值，并将该电场值进行相位的修正；

步骤4、将目标中腔体部分单独用体面积分方程进行求解，将腔体中金属面和介质体离散得到的子散射体分组，根据任意两个子散射体所在组的位置关系采用不同的方法计算阻抗矩阵元素，采用快速多级子方法求解出腔体中金属表面的感应电流和介质内体极化电流；

步骤5、由含腔目标腔体中金属表面的感应电流和介质内体极化电流求出腔体开口面上抛物线方程所需各个离散点的电场场值；

步骤6、对最后一个切面上的电场进行后处理，将步骤5所得的腔体开口面上的电场替换掉步骤3所得的原目标腔体开口处的电场，对所得的近场电场值进行近远场转换求解雷达散射截面积。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：（1）建立模型简单，无网格抛物线方程与体面积分方程所分析的目标模型相互独立，简单明了；（2）分析电大尺寸的含腔目标的电磁散射问题时，比传统的体面积分方程消耗内存少，计算速度快；（3）无网格抛物线方程方法形成矩阵方程性态较好：由于各个离散的节点场值只跟其支撑域内的节点场值有关，所以形成的矩阵是一个稀疏矩阵，内存消耗较小，矩阵性态较好易于求解。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是本发明能量沿抛物线轴向传播示意图。

图2是本发明散射目标示意图。

图3是本发明无网格抛物线方程求解的散射目标示意图。

图4是本发明体面积分方程求解的散射目标示意图。

图5是格林函数所要求解的腔开口面处电场的节点示意图。

图6是本发明实施1中目标散射体的二维截面图。

图7是本发明实施例1中金属含腔目标在不同频率下观察点处RCS曲线图。

图8是本发明实施例1中金属含腔目标在320MHz下后向散射曲线图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细描述。