用多种高频电磁散射对大型舰船目标进行电磁仿真的方法技术

本发明专利技术公开了一种用多种高频电磁散射对大型舰船目标进行电磁仿真的方法，主要解决现有技术的对大型舰船电磁仿真速度慢、计算精度低的问题。其实现步骤是：利用CAD建模软件建立尺寸；将模型双尺度网格剖分；利用弹跳射线法对入射射线进行追踪，并利用八叉树数据结构和双尺度遮挡判断模型加速循迹过程；计算被照亮网格在远区的反射场和绕射场；计算出舰船模型的总散射场和雷达散射截面。本发明专利技术提高了对大型舰船模型的仿真精度，通过八叉树结合双尺度遮挡判断模型的使用保证了仿真的效率，可用于大型舰船目标散射特性研究。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于雷达
，主要涉及电磁散射数值仿真，具体是一种利用多种高 频近似电磁散射包括弹跳射线方法SBR、物理光学方法PO和物理绕射理论PTD的混合方法 仿真大型舰船目标的方法，用于获取大型舰船目标的电磁散射系数。
技术介绍
随着雷达技术的快速发展，电大尺寸目标的电磁散射研究在理论分析与实际应用 中具有重要的意义。从舰船目标本身考虑，由于它具有很大的电尺寸及复杂的结构，其电磁 散射机理十分复杂。 中外学者提出了很多电磁仿真技术来处理电大目标的电磁散射问题，大致分为数 值方法和高频近似方法。原则上讲数值方法如矩量法非常适合计算复杂雷达的电磁散射问 题，但随着目标电尺寸的增大即使应用快速积分方法计算效率也是难以忍受的。单一的高 频近似方法虽然计算速度快，然而由于其基于特定的物理近似使其精度往往较低并且不具 有通用性，如物理光学方法PO由于忽略了多次反射和边缘绕射使计算精度很难达到要求。 因此，对于复杂电磁目标的计算多种高频方法混合成为一种趋势。基于弹跳射线方法SBR 和物理光学方法PO的混合方法由于考虑了目标间的多次反射，使得计算精度大大提高。近 几年来这种方法在对电大尺寸的目标电磁分析中得到了很广泛的应用。但是由于弹跳射线 方法SBR中的射线循迹是非常耗时的，在没有任何优化加速的情况下其复杂度是三角面片 数量的平方，因而对于大型的舰船目标其效率还是达不到实际应用的要求。再者由于对大 型舰船目标其自身结构的特点，船体有很多的棱角结构使得棱边的绕射作用增强，现有的 基于弹跳射线方法SBR和物理光学方法PO的混合方法由于没有考虑到绕射作用使得计算 结果和数值算法的计算结果相差很大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述已有技术的不足，提供一种用多种高频电磁散射对大 型舰船目标进行电磁仿真的方法，以提高电磁仿真的精度和效率。 实现本专利技术目的的技术方案，包括如下步骤： (1)利用CAD建模软件建立尺寸、形状和实际大型舰船相接近的CAD模型； (2)双尺度网格剖分舰船： (2a)对舰船模型进行自适应网格剖分得到一级网格，并存储该网格数据； (2b)根据仿真的中心频率对一级网格进行二次剖分，得到二级网格数据并存储； (3)用射线模拟雷达入射波照射剖分好的舰船目标，利用八叉树数据结构和双尺 度遮挡判断技术加速射线循迹过程，找出每条射线所照亮的二级网格并记录该网格编号； (4)计算被照亮的网格面片在远区的反射场式，并对被照亮的网格面片的棱边进 行分类，根据不同的类型计算棱边在远处产生的绕射场A; (5)将反射场尾和绕射场馬进行矢量叠加得到总散射场I,α,，从而计算出大型 舰船目标的雷达散射截面。 本专利技术具有如下优点： 第一，本专利技术通过对三角网格的三条棱边进行分类处理，计算其在远区产生的绕 射场，使计算结果比原有的弹跳射线方法和物理光学方法更加精确。 第二，本专利技术综合运用了八叉树数据结构和双尺度遮挡判断方法，使计算效率大 大提商。 【附图说明】 图1是本专利技术的实现流程图； 图2是本专利技术中用计算机辅助建模软件建立的大型舰船模型示意图； 图3是本专利技术中用八叉树数据存储结构的二维示意图； 图4是本专利技术中三面角模型的尺寸及其散射结果图。 图5是本专利技术中平板模型的尺寸及其散射结果图。 图6是本专利技术中小型舰船模型的尺寸及其散射结果图。 图7是本专利技术中大型舰船模型的散射结果图。 【具体实施方式】 参照图1，本专利技术的具体实现步骤如下： 步骤1:利用CAD建模软件建立尺寸、形状和实际大型舰船相接近的CAD模型，如 图2所示。 步骤2:用双尺度网格剖分舰船。 (2a)采用三角网格对舰船模型进行自适应网格剖分得到一级网格，即在舰船模型 弯曲度大的地方用小三角形网格，在平整的地方用大三角形网格，以在保证剖分精度的同 时尽量减少三角网格的个数，将每个三角网格进行编号，计算每个三角网格的面积、法线方 向，并保存这些数据记为一级网格数据； (2b)以入射波波长的1/6为标准对一级网格进行细分得到二级网格，在对一级网 格进行细分时要保证细分后的网格大小均匀，符合电磁计算的要求，对每个二级网格进行 编号，计算每个网格的面积、法线方向，保存网格数据记为二级网格。 步骤3:利用八叉树数据结构结合双尺度遮挡判断技术加速射线循迹过程。 所述的八叉树数据结构如图3所示，图3中每一个方块代表一个节点，最上方的方 块表示根节点，根节点下有八个子节点，对于根节点下的每个子节点又可分为八个子节点。 本步骤的具体实现如下： (3a)根据一级网格数据的坐标范围得到能够用包围整个一级网格的包围盒，并用 八叉树的根节点存储包围盒数据； (3b)将根节点存储的包围盒分为上、下、左、右、前、后八个子包围盒，如果子包围 盒所包含的二级网格数量小于预先设定的数值，则用根节点下的子节点存储该包围盒所能 包含的二级网格数据，否则，将该子节点继续细分； (3c)判断入射射线与八叉树所存储的包围盒是否相交：如果相交，则执行步骤 (3d)，如果不相交，则停止该射线的追踪； (3d)判断该包围盒中所包含的二级网格是否被射线照亮：若照亮则存储该网格 数据，否则，不存储该网格数据。 步骤4 :计算每个被照亮网格的反射场与绕射场。 (4a)利用物理光学方法PO计算照亮区域网格面片在远区的反射场見： 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用多种高频电磁散射对大型舰船目标进行电磁仿真的方法，包括如下步骤：(1)利用CAD建模软件建立尺寸、形状和实际大型舰船相接近的CAD模型；(2)双尺度网格剖分舰船：(2a)对舰船模型进行自适应网格剖分得到一级网格，并存储该网格数据；(2b)根据仿真的中心频率对一级网格进行二次剖分，得到二级网格数据并存储；(3)用射线模拟雷达入射波照射剖分好的舰船目标，利用八叉树数据结构和双尺度遮挡判断技术加速射线循迹过程，找出每条射线所照亮的二级网格并记录该网格编号；(4)计算被照亮的网格面片在远区的反射场并对被照亮的网格面片的棱边进行分类，根据不同的类型计算棱边在远处产生的绕射场(5)将反射场和绕射场进行矢量叠加得到总散射场从而计算出大型舰船目标的雷达散射截面。

【技术特征摘要】
1. 一种用多种高频电磁散射对大型舰船目标进行电磁仿真的方法，包括如下步骤： (1) 利用CAD建模软件建立尺寸、形状和实际大型舰船相接近的CAD模型； (2) 双尺度网格剖分舰船： (2a)对舰船模型进行自适应网格剖分得到一级网格，并存储该网格数据； (2b)根据仿真的中心频率对一级网格进行二次剖分，得到二级网格数据并存储； (3) 用射线模拟雷达入射波照射剖分好的舰船目标，利用八叉树数据结构和双尺度遮 挡判断技术加速射线循迹过程，找出每条射线所照亮的二级网格并记录该网格编号； (4) 计算被照亮的网格面片在远区的反射场瓦，并对被照亮的网格面片的棱边进行分 类，根据不同的类型计算棱边在远处产生的绕射场見； (5) 将反射场良和绕射场烏进行矢量叠加得到总散射场爲^，从而计算出大型舰船目 标的雷达散射截面。2. 根据权利要求1所述的用多种高频电磁散射对大型舰船目标进行电磁仿真的方法， 其特征在于：所述步骤（2a)自适应网格剖分得到一级网格，是采用三角网格剖分，即在弯 曲度大的地方用小三角形面片，在平整的地方用大三角形面片，以在保证剖分精度的同时 尽量减少三角面片的个数，给每个三角面片进行编号，计算每个三角面片的面积、法线方 向，并保存这些数据记为一级网格数据。3. 根据权利要求1所述的用多种高频电磁散射对大型舰船目标进行电磁仿真的方法， 其特征在于：所述步骤（2b)对一级网格进行二次剖分得到二级网格，是以入射波波长的 1/6为标准对一级网格进行细分，并保证细分后的网格大小均匀，符合电磁计算的要求，保 存网格数据记为二级网格。4. 根据权利要求1所述的用多种高频电磁散射对大型舰船目标进行电磁仿真的方法， 其特征在于：所述步骤（3)利用八叉树数据结构和双尺度遮挡判断技术加速射线循迹过 程，包括如下步骤： (3a)用八叉树的根节点存储能够包围整个一级网格的包围盒数据； (3b)将根节点存储的包围盒分为上、下、左...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭立新，范天奇，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61