[发明专利]减少网格使用量的FVFD远场积分边界条件计算方法

说明书

本发明提供了减少网格使用量的FVFD远场积分边界条件计算方法，建立仿真模型，并对仿真模型定常虚拟时间步循环，直至收敛结束；在每个虚拟时间子迭代过程中，依次对各个网块格、各个网格单元进行空间通量计算和隐式迭代解计算，更新下一级虚拟时间子迭代步数守恒电磁场数值，当定常虚拟时间步循环整除积分方程远场条件应用间隔时，采用MUSCL格式插值计算区域内部在对应边界处的状态变量，采用内部虚拟积分面处所计算的等效电流、磁流计算外部来流状态变量。本发明减少时域计算目标电磁特征所需的傅里叶变换环节，避免同类型时域积分方程边界条件计算中会遇到的大量卷积计算问题。

技术领域

本发明涉及电磁学的频域数值求解技术领域，尤其是涉及减少网格使用量的FVFD（Finite Volume Frequency Domain, FVFD）远场积分边界条件计算方法。

背景技术

随工程中复杂外形目标电磁散射、复杂电磁环境电磁干扰等问题复杂化和计算机存储、运算能力的提高，数值计算电磁场成为可能。时域计算有利于模拟宽带脉冲电磁波信号辐射、散射，其中时域有限差分法(Finite Difference Time Domain, FDTD)和时域有限体积法(Finite Volume Time Domain, FVTD)最为著名，但如果入射波是单频简谐信号则可以在频域中计算。传统频域方法主要有解析方法、高频近似方法和全波数值方法。解析方法仅可以求解特殊几何形状简单目标电磁散射，对于实际几何复杂目标无能为力。高频近似方法包括在分析复杂结构目标电磁散射精度较差。全波数值方法直接求解 Maxwell 偏微分方程或电磁流积分方程，不作任何近似具有较高计算精度，在计算机资源允许情况下，全波数值方法方可以求解任意频率的电磁问题。高精度全波电磁数值方法主要分为两类：一类是求解以电流为变量积分方程，包括矩量法（Method of Moment, MOM）及后续发展的多极子方法（Fast Multipole Method, FMM）、多层快多极子方法(Multi-Level FastMultipole Algorithm, MLFMA)；另一类求解以电磁场为变量的Maxwell微分或亥姆霍兹波动方程的FDTD方法和（Finite Element Method, FEM）有限元方法。

微分类方法计算电磁场问题是开域计算问题，所取物理计算空间越大，要求的存储量和计算量越大，那么必须截断计算空间并在该边界设置边界条件，功能是使有限的计算空间等效于无限空间，让向边界行进的电磁波无明显的非物理的电磁波反射，否则对内部场产生畸变并严重影响数值计算精度。而目前所使用的单向波插值吸收边界、零入射电磁通量相容条件一方面应用困难、复杂，对外边界形状有要求，而且由于较大反射杂波远场边界要求远离感兴趣电磁场区域，带来网格量和计算负担的增加，鉴于场计算微分类方法在模拟复杂细节结构、非均匀材料有独特优势和工程需求，减小计算网格区域范围、提高计算效率，迫切需要一种精确的远场截断边界条件处理算法。

发明内容

本发明提供一种减少网格使用量的FVFD远场积分边界条件计算方法，其结合隐式频域有限体积法，从精确的积分方程出发，借助计算区域内部包含所有电磁流源的虚拟积分面，使得频域隐式算法虚拟迭代推进步长不受稳定性条件约束。采用局部时间步长，减少时域计算目标电磁特征所需的傅里叶变换环节，同时避免同类型时域积分方程边界条件计算中会遇到的大量卷积计算问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：减少网格使用量的FVFD远场积分边界条件计算方法，包括以下步骤：

步骤1，根据目标所仿真电磁问题的物理背景，结合边界条件信息进行仿真建模；

步骤2，采用六面体结构对仿真模型进行网格剖分，网格在壁面和几何奇异处加密，网格逐渐远离散射壁面而逐渐稀疏；数值计算对应区域的网格，输出网格数据文件，设定和输出边界条件文件；

步骤3，输入目标计算电磁参数、数值计算控制参数；

步骤4，输入网格数据和边界条件信息文件，初始化计算空间电磁场；