[发明专利]分析无人机瞬态强电磁脉冲响应的高效时域方法

说明书

本发明公开了一种分析无人机瞬态强电磁脉冲响应的高效时域方法。对于无人机及其内部复杂的线缆、电路耦合求解问题，该方法针对无人机这种结构存在多尺度的大型复杂电磁目标采用混合不连续伽辽金时域体面积分方法计算出强电磁脉冲下的内部线缆位置处的散射电场，再通过时域传输线方程计算出线缆上每个节点的电压电流，最后通过节点电路分析法结合端口等效原理，完成复杂终端电路分析，获得无人机强电磁脉冲下瞬态电磁响应。本发明将混合不连续伽辽金方法推广到分析无人机这种多尺度复杂结构的时域体面积分方程方法中，并将场、线、路独立求解，与传统方法相比具有未知量减少，求解矩阵复杂度降低，计算效率高的优点。

技术领域

本发明涉及目标电磁散射特性数值计算技术，涉及电磁仿真技术领域。

背景技术

无人机是具有较高技术水平的一种现代化机械设备,在很多领域内有着广泛的应用。 无人机内部线缆系统作为完成无人机平台任务的重要部分，其所面临的电磁环境越来越 复杂。环境中各式各样的电磁脉冲通过天线、金属线缆、孔洞缝隙等途径，耦合非常高的能量进入指挥、通信、控制、计算机及情报系统，对无人机内部的电子设备造成了严 重威胁。若设备的工作频率在电磁脉冲的频谱覆盖范围内，耦合进入设备馈线、射频链 路的能量在设备链路内部产生的瞬时高电压、电流会对设备造成不可恢复的损毁。因此， 有关电磁脉冲及其工程防护的理论和技术已成为当今世界大国研究的热点。复杂电磁环 境中的无人机中的电子设备受制于高空核电磁脉冲的威胁，其内置线缆的电磁效应与防 护决定了无人机的生存能力及性能发挥。获得无人机及其内部强电磁脉冲响应的主要途 径有两种，实际测量和计算机仿真，而在实际工程中测量花费巨大而且测量结果因为各 种因素影响会不够精确，因此计算机仿真尤为重要。

在以往的研究中，对于无人机大型电磁目标采用表面积分方程方法计算表面电流， 在剖分时很难离散出共形网格。后来提出了不连续伽辽金法结合积分方程方法降低离散 无人机这种复杂目标网格的难度，使用不连续伽辽金方法后，half-SWG基函数的引入将使得系统阻抗矩阵方程中的矩阵变得更加稠密，也会带来未知量的不必要的增加。本发 明把传统的SWG与half-SWG基函数混合对未知量进行空间维展开，这样则可发挥共形与 非共形网格的各自优势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分析无人机瞬态强电磁脉冲响应的高效时域方法，针对 无人机这种存在多尺度的大型电磁目标，在分析其内部电场磁场分布时将混合不连续伽 辽金技术应用到时域体面积分方程方法中，实现高精度的数值求解。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种分析无人机瞬态强电磁脉冲响应的高效时 域方法，步骤如下：

第一步，当强电磁脉冲照射到无人机目标时，无人机的金属表面产生感应面电流J_S， 根据电磁场基本理论中的电场边界条件，即金属表面的总场切向分量为0，得到无人机目标的时域电场积分方程，如下

[E^inc(r,t)+E^sca(r,t)]_tan＝0 (1)

其中，tan表示切向分量，E^inc表示入射场，E^sca表示散射场；

第二步，采用空间基函数与时间基函数对无人机的感应面电流J_S在空间和时间域上 分别进行离散；在空间上,对于共形剖分的网格采用RWG基函数展开感应面电流J_S，对于非共形剖分的网格采用half-SWG基函数展开感应面电流J_S，时间采用四阶Lagrange插值时间基函数进行展开，得到感应面电流J_S(r,t)展开式如下