一种快速提取电大尺寸金属腔体目标瞬态散射信号的仿真方法
专利汇可以提供一种快速提取电大尺寸金属腔体目标瞬态散射信号的仿真方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种快速提取电大尺寸金属腔体目标瞬态散射 信号 的仿真方法，步骤如下：建立金属腔体目标的 几何模型 ，采用曲面三 角 形单元对金属腔体目标表面进行网格剖分；确定金属腔体目标的时域积分方程；采用空间上的高阶叠层散度共形基函数和时间上的时间 时空 混合基函数，对时域积分方程中的表面感应 电流 展开；将表面感应电流展开表达式代入时域积分方程，然后对离散形式的时域 电场 积分方程分别在时间上、空间上测试，得到系统阻抗矩阵方程；采用时间步进方法求解阻抗矩阵的方程，确定导体目标表面的时域电流分布，根据时域电流分布得到目标的宽频带电磁特性参数，完成仿真。该方法具有仿真 精度 高、所需时间少、内存消耗低的优点，具有广泛的应用前景。，下面是一种快速提取电大尺寸金属腔体目标瞬态散射信号的仿真方法专利的具体信息内容。
1.一种快速提取电大尺寸金属腔体目标瞬态散射信号的仿真方法，其特征在于，步骤如下：
第1步，建立金属腔体目标的几何模型，采用曲面三角形单元对金属腔目标的表面进行网格剖分；
第2步，根据时域形式的麦克斯韦方程组和电流连续性，确定金属腔体目标的时域电场积分方程；
第3步，采用空间上的高阶叠层散度共形基函数和时间上的混合空间延迟基函数，对第2步的时域电场积分方程中的表面感应电流进行展开，得到表面感应电流展开表达式；
第4步，将第3步的表面感应电流展开表达式代入第2步的时域电场积分方程中，然后对离散形式的时域电场积分方程分别在时间上采用点测试、在空间上采用Galerkin测试，得到系统阻抗矩阵方程；
第5步，根据第4步中阻抗矩阵元素的表达式，消除奇异性积分，得到阻抗矩阵的稀疏表达式；
第6步，根据得到的系统阻抗矩阵方程，求解阻抗矩阵的方程，确定金属腔体目标表面的时域电流分布，根据时域电流分布得到目标的宽频带电磁特性参数，完成仿真过程。
2.根据权利要求1所述的快速提取电大尺寸金属腔体目标瞬态散射信号的仿真方法，其特征在于，第1步中所述建立金属腔体目标的几何模型，采用曲面三角形单元对金属腔体目标的表面进行网格剖分，具体过程如下：
2.1建立金属腔体目标的几何模型，金属腔体目标置于介电常数ε0、导磁率μ0的自inc
由空间中，金属腔体目标在入射电磁波E (r,t)照射下激励起表面感应电流，入射电磁波inc
E (r,t)为高斯调制脉冲，其表达式为：
式中Einc(r,t)为t时刻金属腔体目标r点处的入射电磁波，其中r为金属腔体目标表面观察点的位置矢量；E0为高斯调制脉冲的强度；tp为高斯调制脉冲Einc(r,t)的时间中心；
σ＝6/(2πfbw)，其中fbw为脉冲的频带宽度；f0为入射电磁波的中心频率，初始频率fmin＝0，则最高频率fmax＝2f0，fbw＝2f0； 表示与金属腔体目标自身有关的空间延迟量，表示入射电磁波的单位方向矢量，c为自由空间中的光速；
2.2采用曲面三角形单元对金属腔体目标的表面进行网格剖分，根据入射电磁波的最高频率fmax来确定曲面三角形单元的尺寸，保证离散得到的三角形中的最大边长lmax满足条件lmax≤0.4c/fmax，其中c为自由空间中的光速，并得到仿真所需的网格离散信息文件，网格离散信息文件包括离散的曲面三角形的单元信息文件和节点信息文件，运用网格前处理算法得到包括单元的编号、节点的编号、内边的编号、节点的三维坐标的几何信息。
3.根据权利要求1所述的快速提取电大尺寸金属腔体目标瞬态散射信号的仿真方法，其特征在于，第2步所述的根据时域形式的麦克斯韦方程组和电流连续性建立金属腔体目标的时域电场积分方程的具体过程如下：
3.1假设入射波在t＝0时刻以后到达金属圆柱腔目标，即t＜0时，表面感应电流J(r,t)＝0，t时刻金属圆柱腔目标上的r点处的感应电流J(r,t)在空间中将产生散射电sca total inc
磁波E (r,t)，t时刻金属圆柱腔目标上的r点处的总场E (r,t)为入射电磁波E (r,t)sca
与散射电磁波E (r,t)的矢量和，根据金属圆柱腔目标表面切向电场为零的连续边界条件可得：
sca
式中E (r,t)为t时刻金属圆柱腔目标上r点处的散射电磁波， 是金属圆柱腔目标表面S在r点处的单位外法向矢量；
sca
3.2E (r,t)用表面感应电流表达的形式为：
上式中r′表示金属圆柱腔目标源点的位置矢量，μ0为自由空间中磁导率，ε0为自由空间中介电常数，R＝|r-r′|代表金属圆柱腔目标观察点和源点之间的空间距离，τ＝t-|r-r′|/c表示位于金属圆柱腔目标源点r′处产生的场传到金属圆柱腔目标观察点即
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场点r处需要的时间滞后，c＝3.0×10m/s为电磁波在自由空间中的传播速度，J(r′,τ)表示金属圆柱腔目标源点r′处产生散射电磁场的时变电流密度；J(r′,t′)中t′是积分的变量，▽′S·、▽S分别表示面积的散度算子和梯度算子。
4.根据权利要求1所述的快速提取电大尺寸金属腔体目标瞬态散射信号的仿真方法，其特征在于，第3步中所述的对第2步的时域电场积分方程中的表面感应电流进行展开的具体步骤如下：
4.1选取空间基函数，采用定义在曲面三角形单元上的空间基函数即高阶叠层散度共形矢量基函数对t时刻金属腔体目标r′点处的感应电流J(r′,t)进行空间上的展开，展开表达式如下：
式中Nl是第1步中金属腔体目标表面离散所得到的内边的个数，Ne是第1步中金属腔体目标表面离散所得到的单元的个数，n表示空间基函数的全局编号； 和 是待求的时域形式的未知电流系数，需要用时间基函数来展开；空间基函数即高阶叠层散度共形矢量基函数包括棱边矢量基函数和面矢量基函数，其中Λn(r′)表示源点r′处的棱边矢量基函数，fn(r′)表示源点r′处的面矢量基函数，每个曲面三角形单元上的包含有6个棱边基函数2个面基函数，它们的表达式如下：
式中J表示将曲面三角形单元转换到参数空间的标准三角形单元的雅克比因子，ξ1、ξ2、ξ3表示r′的面积坐标，另外注意到Λn(r′)和fn(r′)中的下标n是全局编号，而Λ1(r′)～Λ6(r′)、f7(r′)～f8(r′)中的下标表示某个三角形单元中的局部编号；
r′用面积坐标ξ1、ξ2、ξ3表示的表达式如下：
r′(x,y,z)
＝ξ1(2ξ1-1)r1+ξ2(2ξ2-1)r2+ξ3(2ξ3-1)r3+4ξ1ξ2r4+4ξ2ξ3r5+4ξ3ξ1r6式中r1～r6是曲面三角形的6个节点；
4.2构造混合空间延迟时间基函数，具体步骤如下:
4.2.1根据第1步公式(1)中入射电磁波的表达式构造空间延迟时间基函数，构造出的空间延迟时间基函数的形式如下：
上式中Δt为时间分辨率，即时间步长，满足 c是自由空间的光速，fmax是入射电磁波的最高频率，tj＝jΔt表示第l个时间步的时刻， 表
示入射电磁波的单位方向矢量，r′表示源点的位置，r0表示入射电磁波最先接触到目标的位置坐标；
4.2.2选用三角基函数作为时间基函数，其形式如下：
上式中Δt为时间分辨率，即时间步长，tj＝jΔt表示第j个时间步的时刻；
4.3将4.2.1中的空间延迟时间基函数和4.2.2中的三角时间基函数的表达式分别代入到4.1中时域感应电流的展开表达式，得到下式：
Nt表示时间基函数的个数，即离散的时间步的个数，j是时间基函数的编号，In,j是第n个空间基函数上第j个时间步上的时间基函数的系数， 是第j个空间延迟时间基函数， 第j个三角时间基函数，Λn(r′)是第n个空间棱边矢量基函数，fn(r′)和第n个面矢量基函数。空间延迟时间基函数 配合4.1中的棱边矢量空间基函数Λn(r′)用于描述时域感应电流的行波特性；三角时间基函数 配合4.1中的面矢量空间基函数fn(r′)用于描述时域感应电流的驻波特性；
5.根据权利要求1所述的快速提取电大尺寸金属腔体目标瞬态散射信号的仿真方法，其特征在于：所述第5步中求解时域电场积分方程采用的是基于广义最小余量法的时间步进法。
一种快速提取电大尺寸金属腔体目标瞬态散射信号的仿真
方法
技术领域
背景技术
发明内容
具体实施方式
照射下激励起表面感应电流，入射电磁波E (r,t)为高斯调制脉冲，其表达式为： [0025]
与散射电磁波E (r,t)的矢量和，根据金属圆柱腔目标表面切向电场为零的连续边界条件可得：
察点即场点r处需要的时间滞后，c＝3.0×10m/s为电磁波在自由空间中的传播速度，J(r′,τ)表示金属圆柱腔目标源点r′处产生散射电磁场的时变电流密度；J(r′,t′)中t′是积分的变量，▽′S·、▽S分别表示面积的散度算子和梯度算子。 [0035] 2.3金属圆柱腔目标的时域电场积分方程的基本形式为：
射电磁波最先接触到目标的位置坐标；空间延迟时间基函数结合第(3.1)步中的棱边矢量空间基函数用于描述时域感应电流的行波特性。
磁波， 表示当前时刻即第k个时间步的阻抗矩阵，由于第k个时间步以前的电流系数I在求解第k个时间步的时候都是已知的，j＝1,2,...,k-1，所以和Ij有关的矩阵元素全部放在等式的右边，且阻抗矩阵元素有四种形式，分别用上标t-t、t-s、s-t和s-s予以区分： [0067]
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