專利名稱：薄介質涂敷的金屬旋轉對稱目標電磁散射快速計算方法
技術領域：
本發明屬于目標電磁散射特性數值計算技術，特別是一種薄介質涂敷的金屬旋轉對稱目標電磁散射快速計算方法。
背景技術：
隨著薄介質涂敷的金屬目標越來越多的出現在實際應用中，提出一種精確而有效的電磁分析模型就顯得極為重要。在飛機、艦船等軍事目標的設計中薄介質涂敷通常被用來作為吸波材料以降低它們的雷達散射截面(RCS)值(Bhattacharyya AK.Electromagnetic scattering from a flat plate with rim loading and ram savingIEEE Transaction on Antennas and Propagation, 1989，37 (5): 659 - 663.),他們也都是由金屬和薄介質層組成。這些廣泛的應用迫使學者們提出了一系列的電磁數值計算方法，其中基于積分方程的矩量法(MoM) (Harrington R F.Field Computation by MomentMethods.Malabar, Florida:Krieger Publishing Company, 1983:5-9.)得到了最廣泛的應用。矩量法作為一種普遍采用的計算電磁學方法，然而其對于計算分析3維電大尺寸目標具有很高的硬件要求，這主要是由于3維電大尺寸目標經過網格離散后具有很大的未知量。因此，可以應用目標幾何機構上的對稱性來降低未知量數目，利用旋轉對稱性的矩量法(BoR-MoM)就是其中一種應用較廣泛的降維方法(Bao J, Wang D X and Yung E KN.Electromagnetic scattering from an arbitrarily shaped b1-1sotropic body ofrevolution.1EEE Transactions on Antennas and Propagation, 2010，58(5):1689-1698.)。對于分析金屬旋轉對稱體涂敷結構，同樣可以利用目標的旋轉對稱特性將該電磁問題轉化為求解一組具有小規模矩陣方程的問題，每個具有小規模矩陣方程的問題為原問題的Fourier模式,從而可以大大減少內存需求,降低計算復雜度，大大提高計算效率。現有的這些分析薄介質涂敷的金屬旋轉對稱目標電磁散射特性方法存在方程建立較麻煩、奇異性難處理等問題。相對于純金屬目標的電磁分析方法，這些算法都需要額外的方程對介質部分進行描述，也即意味著需要更多的內存和時間資源，同時新方程的引入對奇異性處理帶來更高的要求。同時由于不同部分采用不同方程來分析，導致整個矩陣方程性態較差。
發明內容
本發明的目的在于提供一種分析薄介質涂敷的金屬旋轉對稱目標電磁散射特性的數值方法，從而實現快速得到電磁散射特性參數的方法。實現本發明目的的技術解決方案為:一種分析金屬旋轉對稱體涂敷薄介質層目標電磁散射特性的數值方法，步驟如下:第一步，電磁散射積分方程的建立，即基于理想導體的電場邊界條件:金屬表面的總場切向分量為0，而總場即為入射電場與散射電場之和。入射電場為已知激勵，均勻平面波通常被用來作為入射電場，散射電場可以用待求的表面未知電流來表不。第二步，未知量之間的轉換，即第一步中建立的電場積分方程中共有5個未知量，分別是金屬表面電流密度、金屬表面電荷密度，介質體極化電流密度，介質層的上下表面極化電荷密度。在采用矩量法來求解該方程的過程中，由于僅有一個測試項:金屬表面電流密度，顯然是不能求解出這個方程正確的結果，因此必須將所有的未知源都用金屬表面電流密度表示；第三步，積分方程的模式展開，即根據目標的旋轉對稱性，可以將入射場、表面未知電流以及格林函數展開成沿軸向的離散傅里葉級數的形式。第四步，阻抗矩陣計算，即將屋頂基函數作為未知量的展開基函數并采用伽遼金法進行測試。第五步，矩陣方程求解以及電磁散射參數的計算。本發明與現有技術相比，其顯著優點:(1)方程建立簡單。針對這種金屬介質混合結構，僅需對金屬部分建立電場積分方程，介質部分不需要建立方程進行描述。(2)網格剖分簡單。由于將金屬表面電荷密度，介質體極化電流密度以及介質層的上下表面極化電荷密度均用金屬表面電流密度來表示，所以本方法中僅需對金屬部分進行網格剖分，介質部分不需要對其進行剖分，減少了剖分區域，同時金屬部分屬于面剖分，方便操作。(3)形成矩陣方程性態較好。由于本方法中僅需采用一個方程，并且該方程屬于第二類積分方程，而第二類積分方程具有良好的迭代求解性態。當采用迭代求解時，可以快速收斂至所需要的計算精度。
圖1是本發明薄介質涂敷的金屬旋轉對稱目標示意圖。
圖2是本發邊界極化電流的法向分量的不連續性示意圖。圖3是本發明金屬圓柱體涂敷薄介質層目標雙站RCS曲線示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。結合圖1，本發明薄介質涂敷的金屬旋轉對稱目標電磁散射快速計算方法，步驟如下:第一步，電磁散射積分方程的建立。令均勻平面波照射到一個涂有薄介質層的金屬旋轉對稱體上，金屬表面將產生感應電流Js和面電荷Ps，薄介質層內產生極化電流Jlrol和極化電荷Ps，p()1，根據理想導體的電場邊界條件，即金屬表面的總場切向分量為0，得到涂有薄介質層的金屬旋轉對稱體目標的電場積分方程(EFIE)，如下[Einc (r)+Esca (r) Jtan=O(I)其中，tan表不切向分量，Eine表不入射場，Esea表不散射場,具體表達式為:=-鄉O J Js 卜,)G (r, rfS'-^j pg (rj G (r, r 乍 S'
S8Q S(2)[002權利要求
1.一種薄介質涂敷的金屬旋轉對稱目標電磁散射快速計算方法，其特征在于步驟如下: 第一步，令均勻平面波照射到一個涂有薄介質層的金屬旋轉對稱體上，金屬表面將產生感應電流Js和面電荷Ps，薄介質層內產生極化電流Jptjl和極化電荷Ps，p()1，根據理想導體的電場邊界條件，即金屬表面的總場切向分量為O，得到涂有薄介質層的金屬旋轉對稱體目標的電場積分方程EFIE，如下
2.根據權利要求1所述的薄介質涂敷的金屬旋轉對稱目標電磁散射快速計算方法，其特征在于:所述步驟2中未知量之間的轉換過程如下: 薄介質涂敷的金屬旋轉對稱目標中存在兩種交界面，第I種是金屬介質交接面，即介質涂敷的下表面，記I為介質，2為金屬，由于金屬內極化電流JP()1，2=0，因此在介質下表面上可得
全文摘要
本發明公開了一種薄介質涂敷的金屬旋轉對稱目標電磁散射快速計算方法。針對這種金屬介質混合結構，僅需對金屬部分建立電場積分方程，介質部分不需要建立方程進行描述，方程建立過程簡單，且該方程屬于第二類積分方程，具有良好的迭代求解性態。當采用迭代求解時，可以快速收斂至所需要的計算精度。利用目標的旋轉對稱特性，將3維問題降成2維問題分析，加速求解速度，降低求解內存。由于將金屬表面電荷密度，介質體極化電流密度以及介質層的上下表面極化電荷密度均用金屬表面電流密度來表示，所以本方法中僅需對金屬部分進行網格剖分，介質部分不需要對其進行剖分，減少了剖分區域，方便操作。
文檔編號G06F19/00GK103177193SQ201310135220
公開日2013年6月26日 申請日期2013年4月18日 優先權日2013年4月18日
發明者陳如山, 樊振宏, 丁大志, 陶詩飛, 丁小粉, 盛亦軍, 王貴, 沙侃, 葉曉東 申請人:南京理工大學