[发明专利]泰勒级数展开的混合算法分析多尺度结构瞬态响应方法

说明书

本发明公开了一种泰勒级数展开的混合算法分析多尺度结构瞬态响应方法，针对电大平台附近存在辐射源的应用场景，对计算模型根据空间和复杂度进行划分；采用时域有限差分方法分析场景中复杂结构；采用基尔霍夫外推技术分析辐射源对电大平台的入射；采用高频方法分析电大尺寸平台在辐射源照射下产生的二次散射；将辐射源产生的一次辐射场与平台产生的二次辐射场叠加，从而对该多尺度模型的电磁散射进行分析。本发明降低了由于计算机计算速度和内存有限导致的对电大/电小尺寸组合目标电磁散射问题的分析难度，通过将全波仿真方法和高频方法混合，既保证了计算精度，又一定程度上加快了分析该类问题的速度。

技术领域

本发明属于电磁仿真技术领域，具体涉及一种泰勒级数展开的混合算法分析多尺度结构瞬态响应方法。

背景技术

电磁全波方法中，时域有限差分方法(FDTD)以其分析问题的精确性和灵活性在电磁问题分析中展现了良好的应用，能高精度分析任意结构，但其也存在全波仿真方法共有的缺陷，即计算机的内存及速度极大限制了其在各种电大问题中的应用。物理光学法(PO)，是一种高频近似方法，它消耗内存少、计算速度快，通常被用于分析电尺寸大、形状简单，表面较为平整的结构，但对复杂结构分析精度低。如今随着电磁环境的日渐复杂，各种无线电子设备装载在平台(舰船、飞机、卫星等)上或者装载于某个封闭空间内以投入使用时，需要考虑系统内电子设备的电磁兼容问题，此时分析的结构不再为适用物理光学法分析的简单结构。通常，此类结构可分解为精细结构与简单结构组合、电小结构和电大结构组合。对于这种情况，单纯使用全波方法或者是近似方法进行分析通常不能达到计算精度、计算时间和计算资源利用上的统一，并且进行这些算法本身的改进则相对困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种泰勒级数展开的混合算法分析多尺度结构瞬态响应方法，利用时域有限差分方法和时域物理光学法混合以分析电大/电小尺寸组合目标远场散射，并在此基础上利用泰勒级数展开方法对该混合算法进行加速以进一步提升计算效率。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种泰勒级数展开的混合算法分析多尺度结构瞬态响应方法，包括以下步骤：

步骤1、根据组合目标的电尺度和空间区域对计算模型进行划分，确定FDTD分析区域和TDPO分析区域；

步骤2、使用FDTD计算方法对电小尺寸精细结构进行分析，求解辐射源的辐射场；

步骤3、在FDTD计算区域中建立虚拟闭合外推面，并离散为若干面元；对面元进行分组，并确定组中心；

步骤4、使用TDPO方法分析组合目标中电大尺寸结构，将电大尺寸目标离散为若干三角形面元，并根据FDTD区域和TDPO计算区域相对位置确定TDPO计算区域亮区面元，对亮区面元进行分组，并确认组中心；

步骤5、使用FDTD方法在每个时刻求解空间中辐射场分布，利用基尔霍夫外推公式计算辐射源照射到TDPO亮区面元的辐射场，该步骤通过泰勒级数展开方法进行加速；

步骤6、在已知TDPO亮区面元表面入射场后，根据物理光学远场积分公式获得电大尺寸平台对远场散射场的贡献；

步骤7、在远场将FDTD计算得到的辐射源的辐射场和电大尺寸平台的散射场进行叠加，获得远场某点瞬态响应。

进一步的，步骤1具体为：共形FDTD方法分析目标时，首先对电小尺寸精细结构采用四面体单元剖分建模，并对四面体单元映射相应的介电常数，然后通过YEE元胞与四面体单元的求交判断，将模型映射至FDTD的六面体网格相关参数中；

使用TDPO方法分析电大尺寸结构时，对结构表面进行三角形网格离散，离散尺寸为1/10个波长。

进一步的，步骤2具体为：