一种目标对象的电磁特性分析方法、装置及设备和介质制造方法及图纸

本申请公开了一种目标对象的电磁特性分析方法、装置及一种电子设备和计算机可读存储介质，该方法包括：根据目标对象的边界条件信息进行仿真建模，得到所述目标对象的仿真模型；采用预设结构对所述仿真模型进行网格剖分，并基于网格剖分后的仿真模型建立麦克斯韦方程组时变电磁场；基于物理时间和虚拟时间双重迭代方式对所述麦克斯韦方程组时变电磁场进行隐式的求解；当所述麦克斯韦方程组时变电磁场收敛时，输出所述目标对象的电磁特性分析结果。本申请提供的目标对象的电磁特性分析方法，提高目标对象的电磁特性分析效率。提高目标对象的电磁特性分析效率。提高目标对象的电磁特性分析效率。

【技术实现步骤摘要】
一种目标对象的电磁特性分析方法、装置及设备和介质


[0001]本申请涉及时域电磁学
，更具体地说，涉及一种目标对象的电磁特性分析方法、装置及一种电子设备和一种计算机可读存储介质。

技术介绍

[0002]复杂外形目标电磁散射、复杂电磁环境电磁干扰，时域方法能相容地模拟散射、多重散射、孔穿透、腔激励等复杂现象，并且仅通过一次计算就可以得到系统宽带信息，因此已被广泛应用于电磁场问题中，时域方法能准确模拟时间历程，不像传统高频渐进方法对特殊部件、特殊电磁现象例如几何边缘绕射需要提出特殊处理方法。
[0003]时域中时变电磁场满足时域麦克斯韦方程组，随着计算机技术发展，直接求解该方程组成为可能。与欧拉方程相同的双曲型数学特征促进计算流体力学(Computational Fluid Dynamics，CFD)技术在电磁场计算中的应用，其中时域有限差分法(Finite Difference Time Domain，FDTD)和时域有限体积法(Finite Volume Time Domain，FVTD)最为著名。20世纪60年代K.S.Yee发表先驱性的时域有限差分算法，直接差分计算时变麦克斯韦微分方程组，成功地模拟电磁脉冲与理想导电体作用的时域响应，开创一种新的电磁场时域计算方法。在Yee算法中，首先在感兴趣区域(目标及其周围一定空间)生成笛卡尔直角正交网格，电场和磁场各分量在网格空间的取值点被交叉放置，使得在每个坐标平面上每个电场分量的四周由磁场分量环绕，同时每个磁场分量的四周由电场分量所环绕，这样的电磁场配置符合法拉第感应定律和安培环路定律的要求，这种网格通常称为Yee氏网格。
[0004]传统时域有限差分法和时域有限体积法时间推进采用2阶中心差分或时空耦合Lax
‑
Wendroff格式以及多步Runge
‑
Kutta法，其共同点是时间计算的显式格式。以Runge
‑
Kutta方法为代表的显式方法既有编程简便也有易实现时间高精度的优点，对时域电磁场计算是可靠的时间离散方法。但是时间显式方法有一个最大缺陷，其时间步长受稳定性的限制,整个计算空间必须采用统一的最小全局计算步长,为模拟几何外形剧烈变化生成的贴体加密网格(例如机翼前后缘棱边几何奇异性带来电磁场梯度剧烈变化要求加密网格仔细模拟以及电磁多尺度问题)，会带来很小的全局时间步长，大的网格单元就需要更多时间步在该单元传播信息，从而使得到稳定的时变电磁场需要较长的计算时间,特别是在求解高频、电大尺寸目标电磁散射时域问题时,受稳定性限制的小时间步长带来时域电磁场计算量的显著增加，消耗大量计算资源。另一方面，隐式计算方法能够放宽计算步长的稳定性限制,但伴随而来是时间精度下降和加密导致系数矩阵维度增加提高矩阵求逆运算难度。
[0005]ADI(Alternating Diretion Implicit，ADI)能克服CFL(Courant Friedrichs Lewy，CFL)数的限制，使得时间步长的选择不依赖Courant稳定条件仅由计算精度决定，从而时间步长的选择可以成倍地增加，计算时间也成倍地下降。1999年Namiki等人提出了交替方向隐式时域差分(ADI
‑
FDTD)方法，随后被证明是无条件稳定。2009年，Cooke等人得到简化单步交替方向隐式时域有限差分(Leapfrog ADI
‑
FDTD)方法，精简为计算6个隐式方程大大减小计算量，提高仿真效率。但是如上所言，传统FDTD采用笛卡尔网格没采用共形网
格，不可避免模拟复杂外形体会带来阶梯误差，而采用贴体曲线坐标系的FVTD不存在该问题，但目前隐式计算时变电磁场的ADI
‑
FVTD尚不存在。
[0006]因此，如何提高目标对象的电磁特性分析效率是本领域技术人员需要解决的技术问题。

技术实现思路

[0007]本申请的目的在于提供一种目标对象的电磁特性分析方法、装置及一种电子设备和一种计算机可读存储介质，提高了目标对象的电磁特性分析效率。
[0008]为实现上述目的，本申请提供了一种目标对象的电磁特性分析方法，包括：
[0009]根据目标对象的边界条件信息进行仿真建模，得到所述目标对象的仿真模型；
[0010]采用预设结构对所述仿真模型进行网格剖分，并基于网格剖分后的仿真模型建立麦克斯韦方程组时变电磁场；
[0011]基于物理时间和虚拟时间双重迭代方式对所述麦克斯韦方程组时变电磁场进行隐式的求解；
[0012]当所述麦克斯韦方程组时变电磁场收敛时，输出所述目标对象的电磁特性分析结果。
[0013]其中，所述采用预设结构对所述仿真模型进行网格剖分，包括：
[0014]采用预设结构四边形结构或六面体结构对所述仿真模型进行网格剖分。
[0015]其中，所述仿真模型中目标位置处的网格密度与所述目标位置与壁面之间的距离呈负相关、与所述目标位置与几何奇异处之间的距离呈负相关。
[0016]其中，所述基于物理时间和虚拟时间双重迭代方式对所述麦克斯韦方程组时变电磁场进行隐式的求解，包括：
[0017]获取电磁参数和控制参数，利用所述电磁参数和所述控制参数基于物理时间和虚拟时间双重迭代方式对所述麦克斯韦方程组时变电磁场进行隐式的求解。
[0018]其中，所述利用所述电磁参数和所述控制参数基于物理时间和虚拟时间双重迭代方式对所述麦克斯韦方程组时变电磁场进行隐式的求解，包括：
[0019]物理时间步迭代循环，直至物理时间步迭代收敛；
[0020]在每个物理时间步迭代过程中，虚拟时间步子迭代循环，直至虚拟时间步子迭代收敛；
[0021]在每个虚拟时间子迭代过程中，利用所述电磁参数和所述控制参数基于物理时间步和虚拟时间步对所述麦克斯韦方程组时变电磁场进行隐式的求解，以更新下一次虚拟时间子迭代步数守恒电磁场数值。
[0022]其中，所述麦克斯韦方程组时变电磁场为：
[0023][0024]其中，Δt为物理时间步长，Δτ为虚拟时间步长，是第j、k、l网格单元第n+1
虚拟时间步的电磁守恒变量，是第j、k、l网格单元第n虚拟时间步的电磁守恒变量，Q
n+1
是第n+1物理时间步的电磁守恒变量，Q
n
是第n物理时间步的电磁守恒变量，Q
n
‑1是第n
‑
1物理时间步的电磁守恒变量，ω是隐式控制参数，δ
ξ
、δ
η
、δ
ζ
分别对应曲线坐标系ξ、η、ζ方向的差分算符，分别对应曲线坐标系ξ、η、ζ方向电磁通量的雅克比系数矩阵，ΔQ
n
是相邻物理时间散射场守恒变量差值，是第n物理时间步空间通量残差，RHS为上一个物理时间步加上物理时间步和虚拟时间步修正的总的空间通量残差。
[0025]其中，当所述麦克斯韦方程组时变电磁场收敛时，输出所述目标对象的电磁本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种目标对象的电磁特性分析方法，其特征在于，包括：根据目标对象的边界条件信息进行仿真建模，得到所述目标对象的仿真模型；采用预设结构对所述仿真模型进行网格剖分，并基于网格剖分后的仿真模型建立麦克斯韦方程组时变电磁场；基于物理时间和虚拟时间双重迭代方式对所述麦克斯韦方程组时变电磁场进行隐式的求解；当所述麦克斯韦方程组时变电磁场收敛时，输出所述目标对象的电磁特性分析结果。2.根据权利要求1所述电磁特性分析方法，其特征在于，所述采用预设结构对所述仿真模型进行网格剖分，包括：采用预设结构四边形结构或六面体结构对所述仿真模型进行网格剖分。3.根据权利要求1所述电磁特性分析方法，其特征在于，所述仿真模型中目标位置处的网格密度与所述目标位置与壁面之间的距离呈负相关、与所述目标位置与几何奇异处之间的距离呈负相关。4.根据权利要求1所述电磁特性分析方法，其特征在于，所述基于物理时间和虚拟时间双重迭代方式对所述麦克斯韦方程组时变电磁场进行隐式的求解，包括：获取电磁参数和控制参数，利用所述电磁参数和所述控制参数基于物理时间和虚拟时间双重迭代方式对所述麦克斯韦方程组时变电磁场进行隐式的求解。5.根据权利要求4所述电磁特性分析方法，其特征在于，所述利用所述电磁参数和所述控制参数基于物理时间和虚拟时间双重迭代方式对所述麦克斯韦方程组时变电磁场进行隐式的求解，包括：物理时间步迭代循环，直至物理时间步迭代收敛；在每个物理时间步迭代过程中，虚拟时间步子迭代循环，直至虚拟时间步子迭代收敛；在每个虚拟时间子迭代过程中，利用所述电磁参数和所述控制参数基于物理时间步和虚拟时间步对所述麦克斯韦方程组时变电磁场进行隐式的求解，以更新下一次虚拟时间子迭代步数守恒电磁场数值。6.根据权利要求1所述电磁特性分析方法，其特征在于，所述麦克斯韦方程组时变电磁场为：其中，Δt为物理时间步长，Δτ为虚拟时间步长，是第j、k、l网格单元第n+1虚拟时间步的电磁守恒变量，是第j、k、l网格单元第n虚拟时间步的电磁守恒变量，...

【专利技术属性】
技术研发人员：许勇，高铁锁，陈坚强，孙俊峰，江涛，董维中，丁明松，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：