[发明专利]基于八叉树结构MLFMA区域分解的电磁仿真方法

说明书

本发明公开一种基于八叉树结构MLFMA区域分解的电磁仿真方法，适用于在有限资源条件下解决电大尺寸目标电磁仿真计算问题，实现电大尺寸目标雷达散射截面精确计算。其步骤包括：(1)利用八叉树结构划分子区域；(2)计算子区域的作用；(3)计算两两相邻子区域交界面上的互作用；(4)计算电大尺寸目标的电流；(5)仿真计算电大尺寸目标的雷达散射截面电磁特性。本发明避免了复杂的人工区域划分及手动建立相邻区域间人工交界面，考虑了子区域的作用和两两相邻子区域交界面上的互作用，适宜解决电大尺寸仿真计算问题。

技术领域

本发明属于雷达技术领域，更进一步涉及电磁仿真技术领域中的一种基于八叉树结构多层快速多极子MLFMA(Multi-level Fast Multipole Algorithm)区域分解的电磁仿真方法。本发明可以对空间中电大尺寸电磁目标进行电磁仿真，得到雷达散射截面RCS(Radar Cross Section)，该雷达散射截面可用于空间目标的定位和探测。

背景技术

在雷达通信技术领域中，因受到环境、技术、资金等问题的限制，目前较难获得电大尺寸目标的雷达散射截面数据。通常，现有的电磁仿真方法进行模拟获得雷达散射截面数据仅适用于电小尺寸问题，而当目标电尺寸较大时，仿真数据过大造成内存需求增大。基于区域分解的电磁仿真方法能够减少目标雷达散射截面仿真中的内存需求，扩大求解的规模。

苏秦在其发表的论文“金属电大目标的并行多极子区域分解方法研究”(西安电子科技大学，博士毕业论文2019[D])中提出一种基于积分方程的并行非重叠区域分解的电磁仿真方法。该方法的实现步骤如下：(1)对电大尺寸目标进行区域划分，将整体目标划分成若干子区域。(2)在相邻子区域间切割处人工增加虚拟面，使各个子区域封闭。(3)采用场迭代的方式计算子区域间的耦合量，通过高斯赛德尔迭代后得到整体目标的电流，并计算出雷达散射截面。该方法实现了电大尺寸目标雷达散射截面的计算。但是，该方法仍然存在的不足之处是：由于需要人工划分区域，并在相邻子区域间人工建立虚拟面，操作过于繁琐，且虚拟面引入会导致子区域交界处电流连续性变差，影响计算精度。

中国人民解放军国防科技大学在其申请的专利文献“一种复杂结构电大尺寸目标电磁特性分析方法及系统”(申请号202010065681.5申请公布号111274703A)中公开了一种复杂结构电大尺寸目标电磁特性分析方法。该方法的仿真步骤如下：(1)对电大尺寸目标进行表面三角剖分并设定区域分解种子，基于分解种子完成目标的区域自主分解，获得若干分解部件并编号。(2)检测不同分解部件之间的连接边界，计算连接边界的自/互阻抗矩阵、激励矩阵。(3)构建目标整体压缩矩阵方程，求解方程并结合综合函数定义获得目标在空间的电磁特性。该方法实现了对电大尺寸目标的电磁仿真，得到雷达散射截面。但是，该方法仍然存在的不足之处是：采用分解种子的区域划分方式过于依赖种子的选取，普适性较差，且子区域互作用采用传统矩量法结合矩阵压缩的方式进行计算，算法的内存消耗会随电尺寸增大而急剧增大，导致该电磁仿真方法求解问题规模变小，无法计算上百波长以上电大尺寸目标雷达散射截面。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于八叉树结构MLFMA区域分解的电磁仿真方法，适用于在有限资源条件下解决电大尺寸目标电磁仿真计算问题，实现电大尺寸目标雷达散射截面精确计算。

本发明实现上述目的的思路是，针对存在于相邻区域间电流不连续的问题，将电大尺寸模型利用八叉树划分的方法分成多个子区域，使用多层快速多极子方法加速求解各个子区域间相互的场作用，并在相邻区域交界面处采用严格的阻抗求解的方式以保证相邻区域间电流连续。本发明用于计算电大尺寸目标的雷达散射截面，通过迭代求解的方式，将各个子区域之间的耦合作用进行迭代求解，得到最终电大尺寸目标的电流及雷达散射截面。

本发明的具体步骤如下：

(1)利用八叉树结构划分子区域：

(1a)利用八叉树算法，将一个电大尺寸目标在三维空间中进行分层处理；