[发明专利]雷电脉冲下碳纤维材料飞行目标内的电磁分布预估方法

摘要

本发明公开了一种雷电脉冲下碳纤维材料飞行目标内的电磁分布预估方法。该方法用时域平面波模拟具有极宽的频谱范围的雷电脉冲，建立起雷电脉冲下碳纤维材料飞行目标的时域分析模型。利用时域平面波算法PWTD实现瞬态远场高效计算，应用等效电偶极子模型，快速计算时间步进时域体积分方程MOT阻抗矩阵，求解时域矩阵方程并提取宽频带内的电磁特性。本发明只离散碳纤维材料飞行目标，使用自由空间格林函数，方程简单，可以分析非均匀的目标，具有很高的计算精度且未知量较小；同时由于采用时域方法求解，本发明可以一次计算一个频带内所有频点的电磁特性，相较于需要扫频操作的频域方法，求解消耗时间大幅减小。

主权项

一种雷电脉冲下碳纤维材料飞行目标内的电磁分布预估方法，其特征在于步骤如下：第一步，设飞行目标壳体由碳纤维材料制成，用时域平面波模拟雷电脉冲照射飞行目标，飞行目标壳体内产生极化体电流Jv(r,t)，由于飞行目标壳体内的总电场等于入射电场与散射电场之和，得到飞行目标壳体的时域时间步进电场积分方程形式如下：其中表示入射电场，表示散射电场，表示总电场，具体表达式为：其中表示矢量磁位和Φv表示标量电位，v表示碳纤维材料的体单元，表示碳纤维材料的介电常数，表示电通量密度，表示场点，t表示时间；第二步,将第一步中建立的电场积分方程中的未知量极化体电流转换为电通量密度，并给出有耗媒质中极化体电流的时域表达形式，其具体表示形式如下：其中ε(r)为媒质的介电常数,ε0(r)为自由空间介电常数；对(2)式电场积分方程离散并在空间域上进行伽辽金测试，在时间域上进行点匹配得到时域矩阵方程：其中表示第j个时间步的激励，Nt表示时间步的个数，Ij是第j个时间步的待求系数，Zi‑j是时延(i‑j)个时间步的时域阻抗矩阵，j＝1,2,3,...,Nt，i≥j，i‑j代表时延(i‑j)Δt，Δt表示一个时间步，Δt＝1/(10*fmax)，fmax表示入射波的最高频率；第三步，结合时域平面波算法(PWTD)和等效电偶极子模型法，计算得到时域矩阵；第四步，求解时域矩阵方程，得到宽频带内飞行目标壳体内的电磁分布；所述第三步中，在远场区将散射场分解为聚合因子、转移因子和投影因子，并对近场区中两相距大于3个时间步的基函数应用等效偶极子模型，具体步骤如下：步骤3.1，建立飞行目标壳体的树形结构；步骤3.2，假设任一组m中有一个场点r，任一组n中有一个源点r'，分别是场点组和源点组的中心点；两个非空组中场点和源点的空间矢量记为：远区散射场写成如下形式：其中A(r,t')表示矢量磁位，表示单位并矢；步骤3.3，将远场区的散射场表达式分解为投射因子，聚合因子和转移因子三者卷积的形式，投射因子，聚合因子和转移因子的具体表达式如下：其中表示投射因子，表示聚合因子，表示转移因子步骤3.4，当两个近场作用基函数之间距离大于3个时间步时，应用等效偶极子近似计算阻抗元素；SWG形成的等效偶极子的表达式如下：其中表示上下四面体的中心点，表示介质三角形面的中心点，av,n表示介质三角形面积，V表示介质体，κ(r)＝(ε(r)‑ε0(r))/ε(r)；得到单个SWG基函数形成的电偶极子在远区产生的电场表达式如下：其中表示场点SWG的等效电偶极子的中点，表示源点SWG的等效电偶极子的中点，R表示两电偶极子之间的距离，