本發(fā)明涉及雷達目標特性仿真技術(shù)，特別涉及一種復雜腔體內(nèi)部散射特性的計算方法。

背景技術(shù)：

對腔體電磁散射特性的分析是飛行器隱身設(shè)計以及目標特征分析技術(shù)的重要基礎(chǔ)，有著重要的現(xiàn)實意義，一直是計算電磁學的一個熱點。腔體存在強烈的近諧振現(xiàn)象，由電磁場積分方程得到的矩陣往往具有較大的條件數(shù)，在迭代求解時收斂速度很慢，而且電大腔體屬于電大問題。低頻數(shù)值方法因為剖分密度大、未知量多，受到計算機內(nèi)存和計算時間的限制難以用這些方法求解真實尺寸腔體的散射特性?；趲缀喂鈱W的射線方法求解腔體具有實現(xiàn)簡單、求解速度快等優(yōu)點,但是求解精度不高、難以求解處理形狀復雜的腔體。

南京理工大學在專利“基于矩量法和拋物線方程的含腔目標電磁散射分析方法”(公開號：CN104778151A)中，將目標中腔體部分單獨用快速多極子進行求解，運用電場積分方程求解出腔體表面的電流，并求出腔體開口面上拋物線方程所需各個離散點的電場場值，對最后一個切面上的電場進行后處理求解雷達散射截面；南京理工大學在專利“腔體含介質(zhì)目標電磁散射混合分析方法”(公開號：CN104915324A)中，將體面積分方程與無網(wǎng)格拋物線方程相結(jié)合，避免了拋物線不能計算腔體散射的缺陷；西北工業(yè)大學在專利“一種航空發(fā)動機噴管腔體電磁散射測試裝置及測試方法”(公開號：CN105021899A)中，電磁散射測試裝置采用在裝置本體外壁面上包覆尖錐型吸波材料進行噴管腔體的電磁散射測試，外壁面的尖錐吸波材料可吸收大部分的雷達波，電磁測試中有效地屏蔽噴管模型外壁面的電磁波反射。

上述專利，南京理工大學在仿真上對含腔目標中的腔體做特殊處理，求解出來的雷達散射截面是含腔目標的總體效應(yīng)；西北工業(yè)大學在測試方法上使用尖錐型吸波材料包覆噴管腔體，屏蔽噴管模型外壁面的電磁波反射，測試能夠準確地反映噴管腔體的電磁散射特性。兩者沒有從仿真角度說明求解腔體內(nèi)部散射特性的方法，若將后者測試用的方法直接應(yīng)用到仿真上，會急劇增加計算未知量，無法切實開展電大尺寸腔體特性的計算。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種復雜腔體內(nèi)部散射特性的計算方法，通過口徑場激勵代替低散射載體一方面減小了計算的未知量，同時也省去了低散射載體的設(shè)計。

為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種復雜腔體內(nèi)部散射特性的計算方法，其特點是，該計算方法包含如下步驟：

S1，根據(jù)腔體外形構(gòu)建腔體的虛擬口徑面；

S2，對激勵源進行輻射積分，得出所述虛擬口徑面的電磁場分布；

S3，將虛擬口徑面上的電磁場分布作為激勵源對整體腔體進行電磁計算，并構(gòu)造采用線性方程組，求解腔體內(nèi)部散射；

S4，采用Krylov子空間迭代法求解線性方程組；

S5，獲得穩(wěn)定的腔體內(nèi)壁電流，并得到口徑場，以所述的口徑場作為激勵源求解遠場散射特性。

所述的步驟S1中虛擬口徑面與腔體形成一閉合體。

所述的步驟S2之前包含將所述的虛擬口徑面離散化這一步驟。

所述的步驟S2中采用公式(1)(2)對激勵源進行輻射積分，

式中，Εⁱ(r_a)和Hⁱ(r_a)分別表示虛擬口徑面r_a處的電場和磁場，R表示源點到場點的單位徑矢，J和M分別表示電流源和磁流源分布，k表示自由空間的波數(shù)，Z₀表示自由空間的波阻抗。

所述的步驟S3具體包含：

步驟S3.1，將虛擬口徑面上的電磁場分布作為激勵源對整體腔體進行電磁場計算；

步驟S3.2，離散化腔體并根據(jù)所述的虛擬口徑面上的電磁場，求解腔體內(nèi)壁的電磁場，進而構(gòu)造線性方程組，求解腔體內(nèi)部散射。

所述的步驟S4具體為：對整個腔體作分段處理，采用Krylov子空間迭代法求解每段腔體的線性方程組。

所述的步驟5中采用公式(1)(2)求解口徑場，且所述求解遠場散射特性即為腔體內(nèi)部散射特性。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點：

1、通過口徑場激勵代替低散射載體一方面減小了計算的未知量，同時也省去了低散射載體的設(shè)計。

2、通過兩次使用惠更斯原理，以及在合理近似口徑入射場的前提下，采用Krylov子空間迭代法高效求解大型線性方程組，獲取腔體內(nèi)部散射特性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明對腔體分段處理的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明腔體及其虛擬口徑面的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為整體照射腔體表面電流分布圖；

圖4為口徑照射Cobra腔體表面電流分布圖；

圖5為對虛擬口徑面離散化后的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明一種復雜腔體內(nèi)部散射特性的計算方法的流程圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖，通過詳細說明一個較佳的具體實施例，對本發(fā)明做進一步闡述。

如圖6所示，一種復雜腔體內(nèi)部散射特性的計算方法，該計算方法包含如下步驟：

S1，根據(jù)腔體外形構(gòu)建腔體的虛擬口徑面，一般要求虛擬口徑面相對規(guī)則、平整，有利于求解其上的電磁場分布；

S2，對激勵源進行輻射積分，得出所述虛擬口徑面的電磁場分布；

S3，將虛擬口徑面上的電磁場分布作為激勵源對整體腔體進行電磁計算，并構(gòu)造采用線性方程組，求解腔體內(nèi)部散射；

S4，采用Krylov子空間迭代法求解線性方程組；

S5，獲得穩(wěn)定的腔體內(nèi)壁電流，并得到口徑場，以所述的口徑場作為激勵源求解遠場散射特性。

所述的步驟S1中虛擬口徑面與腔體形成一閉合體(參見圖2)。

上述的步驟S2之前包含將所述的虛擬口徑面離散化這一步驟(如圖5)。

上述的步驟S2中采用公式(1)(2)對激勵源進行輻射積分，

式中，Εⁱ(r_a)和Hⁱ(r_a)分別表示虛擬口徑面r_a處的電場和磁場，R表示源點到場點的單位徑矢，J和M分別表示電流源和磁流源分布，k表示自由空間的波數(shù)，Z₀表示自由空間的波阻抗；在求解出虛擬口徑面上的電磁場分布之前，需要對公式(1)(2)進行離散化，一般采用RWG基函數(shù)將目標表面等效電磁流離散展開。

圖3和圖4分別是整體照射、口徑照射時腔體表面電流分布。可以看出，整體照射時，直接照射到的腔體底部電流比口徑激勵時要高10dB以上。

上述的步驟S3具體包含：

步驟S3.1，將虛擬口徑面上的電磁場分布作為激勵源對整體腔體進行電磁場計算；

步驟S3.2，離散化腔體并根據(jù)所述的虛擬口徑面上的電磁場，求解腔體內(nèi)壁的電磁場，進而構(gòu)造線性方程組，求解腔體內(nèi)部散射。

上述的步驟S4具體為：(參見圖1)對整個腔體作分段處理，采用Krylov子空間迭代法求解每段腔體的線性方程組，分段求解在改善矩陣條件數(shù)的前提下，縮小外迭代后期的Krylov子空間，大大降低所需迭代次數(shù)。

Krylov子空間方法是投影方法中的一種，它已經(jīng)被廣泛的使用在計算科學的各個領(lǐng)域。在大型線性系統(tǒng)的迭代求解中有著尤其重要的地位。有別于經(jīng)典迭代法的求解思路，Krylov子空間方法在Krylov子空間中尋找線性系統(tǒng)的近似解，別開生面地提出了另外一種求解線性系統(tǒng)的方法。

腔體存在強烈的近諧振現(xiàn)象，由電磁場積分方程得到的矩陣往往具有較大的條件數(shù)，在迭代求解時收斂速度很慢。經(jīng)典迭代法對于腔體散射問題的求解常常難以收斂、甚至趨于發(fā)散，Krylov子空間迭代法(廣義共軛殘差，GCR)能夠克服大型稀疏線性方程不能收斂以及收斂速度緩慢的問題。

分段求解在改善矩陣條件數(shù)的前提下，能夠更加充分地利用廣義共軛殘差迭代求解的優(yōu)勢?？s小外迭代后期的Krylov子空間，大大降低所需迭代次數(shù)。對于電大尺寸復雜腔體內(nèi)部電磁散射求解可以獲得穩(wěn)定可靠的數(shù)值解。

所述的步驟5中采用公式(1)(2)求解口徑場，且所述求解遠場散射特性即為腔體內(nèi)部散射特性。

綜上所述，本發(fā)明一種復雜腔體內(nèi)部散射特性的計算方法，通過口徑場激勵代替低散射載體一方面減小了計算的未知量，同時也省去了低散射載體的設(shè)計。

盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細介紹，但應(yīng)當認識到上述的描述不應(yīng)被認為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。