[发明专利]金属目标散射的快速仿真方法

说明书

本发明公开了一种金属目标散射的快速仿真方法，主要解决现有技术计算金属目标散射速度较慢，需要存储量过多的问题。其方案是：使用RWG基函数对目标模型表面进行网格划分；使用等效原理对目标表面建立积分方程；通过矩量法离散表面积分方程，得到阻抗矩阵和电流系数方程；利用八叉树对目标表面进行分层，将阻抗矩阵分为远场阻抗矩阵和近场阻抗矩阵；使用框架化分解算法对远场阻抗矩阵进行压缩分解；将压缩分解后的远场阻抗矩阵代入电流系数方程，求解得到电流系数；根据电流系数计算得到目标的雷达散射截面。本发明准确性高，占用内存少，求解速度快，可应用于飞机、坦克、火箭、卡车这些实际工程模型的雷达散射截面参数仿真。

技术领域

本发明属于电磁散射技术领域，特别涉及一种金属目标的电磁散射的快速仿真方法，可用于雷达通信和飞机、坦克、火箭、卡车这些实际工程模型的雷达散射截面参数仿真。

背景技术

随着计算电磁学和计算机的发展，金属目标的散射问题被广泛应用于实际场景，比如求解飞机和卡车的周围的散射场，解决这些问题离不开数值仿真算法，计算金属导体散射问题应用比较广泛的是传统矩量法和一些已经相对成熟的快速算法，传统矩量法求解复杂金属目标散射问题建立的阻抗矩阵是一个较大的稠密矩阵，导致求解时矩阵向量积速度很慢，并且需要较大的存储量，而快速算法大多数是基于矩阵的低秩特性，对低秩矩阵进行压缩分解，比如自适应交叉近似算法ACA和特征基函数法。

潘小敏和盛新庆在论文《A fast algorithm for multiscale electromagneticproblems using interpolative decomposition and multilevel fast multipolealgorithm》中提到使用插值分解结合多层快速多极子算法来计算散射问题，其中提出了对基函数组进行行骨架化和列骨架化处理，从而降低阻抗矩阵的维数，达到降低内存消耗和加快矩阵向量积的目的，然而该方法由于对基函数组的处理较为繁琐，实现复杂，造成存储量降低的幅度受限。

自适应交叉近似算法和插值分解一样都是基于低秩矩阵的压缩算法，只是ACA算法是边生成阻抗矩阵边进行压缩的算法，虽然处理效率较高，但是存在早收敛的问题，使得对于有些复杂问题求解结果不准确，并且计算时需要的存储量较多。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种金属目标散射的快速仿真方法，以准确快速地计算各种复杂金属目标的散射场，并降低计算时所需存储量。

实现本发明目的的技术思路是对阻抗矩阵直接进行骨架化压缩处理，并对秩k的自适应实现过程进行改进。我们把这种方法叫做框架化分解算法。

根据上述思路，本发明的技术方案包括如下步骤：

(1)使用相关商业软件对金属目标进行建模，使用基函数f_n(r′)将其表面划分为若干小三角形，并将这些三角形的节点信息和单元信息导出为文本数据格式；

(2)使用等效原理对目标模型的散射场进行等效，以使金属体产生的散射场只通过等效电流源产生的场来表示，再根据总场等于散射场与入射场的矢量和，得到如下电场积分方程：

其中，表示目标表面的法向量，E(r)为入射场，r代表目标表面源点，r′代表场点，ω表示角频率，μ表示磁导率，J(r′)表示目标表面电流源，I表示单位张量，为哈密顿算子，g(r,r′)表示自由空间中的标量格林函数，S表示目标表面；

(3)使用矩量法对(2)中电场积分方程进行离散，得到如下离散后的表面积分方程：

其中，N代表RWG基函数个数，Z_mn为第m个三角形单元与第n个三角形单元相互作用产生的阻抗矩阵，x_n为第n个三角形单元对应的电流系数，V_m为第m个三角形单元对应的右端项；