基于可控精度的多层快速多极子计算的金属目标电磁散射仿真方法及系统

本发明属于电磁仿真，特别是一种基于可控精度的多层快速多极子计算的金属目标电磁散射仿真方法及系统。

背景技术：

1、随着电磁隐身和反隐身技术不断发展，工程设计中对目标电磁散射仿真精度和计算能力的要求越来越高。如何对超电大复杂目标进行高精度高效率的建模计算一直是电磁散射仿真中的难点。多层快速多极子算法(mlfma)是一种电磁全波仿真方法(j.song,c.lu，w.chew.multilevel fast multipole algorithm for electromagnetic scattering bylarge complex objects[j].ieee transactions on antennas and propagation,1997,45(10):1488-1493)，其计算效率高、精度高且内存资源消耗少，被广泛应用于电大目标电磁散射仿真中。

2、但在实际工程中，直接应用传统的mlfma进行电磁散射仿真仍然存在明显的不足：一是随着雷达工作频率的升高，目标的电尺寸达到几百甚至数千波长，未知量到达千万甚至上亿，计算资源消耗巨大；二是类似飞机等超电大目标内同时存在较多的精细结构，是典型的多尺度问题，这类目标电磁散射仿真时方程收敛性差，耗时极长甚至不收敛；三是工作频率升高后目标离散网格尺寸极小，导致精确建模和存储难度大，求解方程性态差，限制了其高频求解能力。

3、由此可见，超电大、多尺度目标的电磁散射计算面临着诸多困难和挑战，如何在有限的计算资源下求解这一类问题，得出mlfma计算精度控制方法，是电磁散射研究领域的重点技术课题之一，具有非常重要的研究价值。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种能够节省计算时间、减少计算资源开支的基于可控精度的多层快速多极子计算的金属目标电磁散射仿真方法及系统，在保证精度的前提下提高计算效率。

2、实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于可控精度的多层快速多极子计算的金属目标电磁散射仿真方法，包括以下步骤：

3、步骤1、建立超电大尺寸的金属目标模型，根据给出的剖分标准对金属目标进行三角剖分，得到三角剖分文件；

4、步骤2、根据金属目标的类型和对计算精度要求，确定多层快速多极子即mlfma需要聚合的层数i；

5、步骤3、采用mlfma高层近似技术进行计算，包括聚合过程、转移过程、配置过程，只需聚合到第i层，对剩下的高层进行近似聚合，配置过程也从第i层开始；

6、步骤4、求解超电大尺寸的金属目标电磁散射特性，即雷达散射截面rcs。

7、进一步地，所述的金属目标是指超电大、多尺度的金属目标。

8、进一步地，步骤1中，按照给出剖分标准采用rwg基函数对金属目标进行三角剖分。

9、进一步地，具体的剖分标准根据以下过程得到：

10、设定工作频率，计算金属球目标模型在不同剖分尺寸下与mie级数的解析解对比的均方根误差rmse，均方根误差的表达式如下：

11、

12、得到在设定工作频率下不同剖分标准对mlfma精度影响结果，然后以此工作频率的剖分尺度为标准，根据工程对mlfma精度的要求，设定金属目标的剖分尺寸数值。

13、进一步地，步骤3中的聚合过程，具体如下：

14、聚合过程中，在求解超电大物体的电磁散射特性时，多极聚合只聚合到第i层，不聚合到最高层即第i层，其中i、i均为自然数，并且i＜i，第i+1层至第i层为高层；

15、在最底层的立方块里，聚合因子通过立方块内的基函数结合得到；在较高层级的立方块里，聚合因子通过结合子立方块的聚合因子获得；对高层的立方块不进行聚合，采用近似的方法近似聚合结果。

16、进一步地，步骤3中的转移过程，具体如下：

17、转移过程中，将聚合过程计算所得的源区外向波量转移为场区内向波量。

18、进一步地，步骤3中的配置过程，具体如下：

19、配置过程是聚合过程的逆过程，由于聚合过程只聚合到第i层，所以配置过程从第i层开始。

20、进一步地，步骤3中的配置过程，既要考虑父层父组的所有次邻组的贡献，又要考虑子层子组的远亲贡献。

21、进一步地，步骤4中的雷达散射截面rcs的计算公式为：

22、

23、其中，σ为雷达散射截面rcs，r为目标物体到雷达接收机的距离，esca为接收雷达处的电场强度，einc为入射平面波在目标物体表面处的电场强度。

24、一种基于可控精度的多层快速多极子计算的金属目标电磁散射仿真系统，该系统用于所述的基于多层快速多极子计算的金属目标电磁散射仿真方法，所述系统包括模型建立模块、聚合层数确定模块、计算模块和rcs求解模块，其中：

25、模型建立模块，用于建立超电大尺寸的金属目标模型，根据给出的剖分标准用rwg基函数对金属目标进行三角剖分，得到三角剖分文件；

26、聚合层数确定模块，用于根据金属目标的类型和计算精度要求，确定多层快速多极子即mlfma算法需要聚合的层数i；

27、计算模块，用于通过mlfma进行计算，包括聚合过程、转移过程、配置过程，不同点就是只需聚合到第i层，对剩下的高层进行近似聚合，配置过程也从第i层开始；

28、rcs求解模块，用于计算求解超电大尺寸的金属目标电磁散射特性rcs。

29、本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)在计算层数超过5层以上的超电大目标的电磁散射特性时，采用高层近似技术，对高层进行近似，加快了运算速度，节省了计算时间，减少了计算资源，提高了计算效率；(2)在保证金属目标电磁散射仿真精度的前提下，提高了计算的效率。

技术特征：

1.一种基于可控精度的多层快速多极子计算的金属目标电磁散射仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于多层快速多极子计算的金属目标电磁散射仿真方法，其特征在于，所述的金属目标是指超电大、多尺度的金属目标。

3.根据权利要求1所述的基于可控精度的多层快速多极子计算的金属目标电磁散射仿真方法，其特征在于，步骤1中，按照给出剖分标准采用rwg基函数对金属目标进行三角剖分。

4.根据权利要求3所述的基于可控精度的多层快速多极子计算的金属目标电磁散射仿真方法，其特征在于，具体的剖分标准根据以下过程得到：

5.根据权利要求4所述的基于可控精度的多层快速多极子计算的金属目标电磁散射仿真方法，其特征在于，步骤3中的聚合过程，具体如下：

6.根据权利要求1所述的基于可控精度的多层快速多极子计算的金属目标电磁散射仿真方法，其特征在于，步骤3中的转移过程，具体如下：

7.根据权利要求1所述的基于可控精度的多层快速多极子计算的金属目标电磁散射仿真方法，其特征在于，步骤3中的配置过程，具体如下：

8.根据权利要求7所述的基于多层快速多极子计算的金属目标电磁散射仿真方法，其特征在于，步骤3中的配置过程，既要考虑父层父组的所有次邻组的贡献，又要考虑子层子组的远亲贡献。

9.根据权利要求1所述的基于可控精度的多层快速多极子计算的金属目标电磁散射仿真方法，其特征在于，步骤4中的雷达散射截面rcs的计算公式为：

10.一种基于可控精度的多层快速多极子计算的金属目标电磁散射仿真系统，其特征在于，该系统用于实现权利要求1～9任一项所述的基于多层快速多极子计算的金属目标电磁散射仿真方法，所述系统包括模型建立模块、聚合层数确定模块、计算模块和rcs求解模块，其中：

技术总结本发明公开了一种基于可控精度的多层快速多极子计算的金属目标电磁散射仿真方法及系统，该方法为：建立超电大尺寸的金属目标模型，根据给出的剖分标准对金属目标进行三角剖分；根据金属目标的类型和对计算精度要求，确定MLFMA需要聚合的层数；采用MLFMA高层近似技术进行计算，包括聚合、转移、配置过程，高层近似只需聚合到第i层，对剩下的高层进行近似聚合，配置过程也从第i层开始；求解出超电大尺寸的金属目标电磁散射特性，即雷达散射截面RCS。所述系统包括模型建立模块、聚合层数确定模块、计算模块和RCS求解模块。本发明在计算划分层数超过5层以上的超电大目标的电磁散射特性时，对高层进行近似，在保证金属目标电磁散射仿真精度的前提下，提高了计算的效率。技术研发人员：苏婷,李观鹏,杨永钦,迟阔,杨俊受保护的技术使用者：海南大学技术研发日：技术公布日：2024/9/12