[发明专利]电磁波在随机色散介质中传播的PCE-FDTD方法

说明书

本发明提供了电磁波在随机色散介质中传播的PCE‑FDTD方法，包括以下步骤：输入模型文件；初始化参数；计算仿真中所用到的内积；添加场源到中设置好源的位置；更新计算整个计算区域的y方向上电场分量展开系数更新计算整个计算区域的x方向上电场分量展开系数更新计算整个计算区域的z方向上磁场分量展开系数将时间迭代步t+1赋值给t，并判断迭代次数t是否达到预设值，若未达到预设值，则返回；若达到预设值，则执行下一步；计算观测点电场的均值和标准差。该方法避免了相关系数估计所产生的误差；与PCE‑JEC‑FDTD方法相比不仅可以应用于随机等离子体，还可以应用于其他随机色散媒质，不需要重新推导公式。

技术领域

本发明属于计算电磁学技术领域，具体涉及一种电磁波在随机色散介质中传播的PCE-FDTD方法。

背景技术

众所周知，时域有限差分(Finite-difference time-domain，FDTD)方法是一种简单有效的电磁计算方法，传统的FDTD方法计算过程中使用的是模型中媒质电参数的均值，但是自然界中许多媒质的电参数具有随机特性，为了表征随机媒质中的电磁特性，人们提出了应用于随机媒质中的时域有限差分方法，比如：门特卡罗(Monte Carlo，MC)方法、随机FDTD(stochastic FDTD，S-FDTD)和多项式混沌展开FDTD(polynomial chaotic expansionFDTD，PCE-FDTD)方法。在这些方法中，MC方法简单而且精度高，但是这种方法需要成千上万次的仿真，太耗费时间。之前提出的S-FDTD只需在FDTD算法中加入一些附加的方差方程，即可直接估计出各点电磁场的均值和方差，解决了MC方法耗费时间的问题，但它在计算过程中会由于相关系数估计引入误差。为了解决这种问题，有人提出了PCE-FDTD。PCE-FDTD是将电磁场值进行多项式展开，通过计算出的各阶系数计算场值的均值和方差，其在解决电磁场问题时具有一定的优越性。然而截至目前，所提出的采用电流(J)和电场(E)并置的FDTD(PCE-JEC-FDTD)方法表征了电磁波在磁化等离子体中传播的不确定性，PCE方法仅仅被用于随机等离子体的电磁仿真，对于其他类型的随机色散媒质(如洛伦兹媒质和德拜媒质)就得重新推导公式。

需要注意的是，本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

发明内容

本发明目的在于提供了电磁波在随机色散介质中传播的PCE-FDTD方法，能够应用于各种不同的随机色散媒质，计算速度快且精度高。

为实现上述目的本发明采用如下技术方案：

该电磁波在随机色散介质中传播的PCE-FDTD方法，包括以下步骤：

步骤1：输入模型文件；

步骤2：初始化参数；

步骤3：计算仿真中所用到的内积；

步骤4：添加场源到中设置好源的位置；

步骤5：更新计算整个计算区域的y方向上电场分量展开系数

步骤6：更新计算整个计算区域的x方向上电场分量展开系数

步骤7：更新计算整个计算区域的z方向上磁场分量展开系数

步骤8：将时间迭代步t+1赋值给t，并判断迭代次数t是否达到预设值，若未达到预设值，则返回步骤5；若达到预设值，则执行步骤9；

步骤9：计算观测点电场的均值和标准差。

进一步地，上述步骤1具体是：