【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种电磁散射的模拟方法，具体涉及一种复杂地形下地表目标电磁散射的高效高保真模拟方法。
技术介绍
1、研究复杂地形下地面目标在电磁脉冲辐照下的电磁散射特性，在遥感、通信等领域具有重要应用价值。由于目标在复杂地形下的电磁散射特性无理论解，同时采用实验研究的方式存在时间周期长、耗费资源大等缺点，现在科研人员经常采用数值模拟方法解决各类目标的电磁散射问题。采用数值模拟的方式开展目标电磁散特性研究，首先需要对复杂三维几何结构进行模型构建，并对几何模型进行网格剖分，在网格上定义物理变量，通过计算变量所满足的电磁场方程求解电磁波辐照到目标下的电磁散射特性。
2、目前，时域有限差分方法是一种被广泛使用的电磁散射时域计算方法，为减少模拟过程中所需要耗费的资源，只能对有限的区域进行模拟并采用完全匹配层吸收边界截断计算区域，该方法已成功应用于空中目标电磁散射研究。时域有限差分方法采用结构网格，会导致阶梯效应，无法准确模拟复杂结构的电磁散射特性，最新发展的电磁场时域间断有限元方法采用非结构网格，不仅具有时域有限差分方法显式求解的优点，同时该方法采用非结构网格，能够准确描述三维复杂结构，因此被广泛应用于空中目标的电磁散射研究。上述两种时域计算方法需要加载入射电磁波，在模拟复杂地形下目标的电磁散射时，由于存在地形对入射电磁波的反射，模拟有限区域需要对地表进行人为截断，采用传统的入射波加载边界条件会在地面的截断位置处产生边缘效应，导致计算不准确。
3、基于时域有限差分方法的分层地表电磁环境的数值模拟技术，可以给出多层地面
技术实现思路
1、本专利技术的目的是解决现有技术在模拟复杂地面电磁散射特性时采用直角网格剖分，导致计算结果精度不足的问题，而提供一种复杂地形下地表目标电磁散射的高效高保真模拟方法。
2、为实现上述目的，本专利技术所提供的技术解决方案是：
3、一种复杂地形下地表目标电磁散射的高效高保真模拟方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
4、步骤1、选取一个同时含有复杂地形、地表目标以及地面大气的长方体区域c0，对该区域进行三维空间建模，建立三维空间直角坐标系，定义长方体区域c0沿x方向的长度为lx1，沿y方向的长度为ly1，沿z方向的高度为lz1，位于地表之下的区域沿z方向的高度为lz4；
5、步骤2、对长方体区域c0的六个面分别进行扩展，生成包含长方体区域c0的长方体区域c1，其中沿x方向扩展的长度为lx2，沿y方向扩展的长度为ly2，沿z方向扩展的长度为lz2，将长方体区域c1的六个表面设置为入射波加载的边界条件；
6、步骤3、对长方体区域c1六个面分别进行扩展，生成包含长方体区域c1的长方体区域c2，其中沿x方向扩展的长度为lx3，沿y方向扩展的长度为ly3，沿z方向扩展的长度为lz3，定义长方体区域c2与长方体区域c0之间的区域为截断计算区域的完全匹配层；
7、步骤4、对长方体区域c2进行四面体非结构网格剖分，形成多个非结构网格单元；
8、步骤5、计算平面电磁波垂直入射到所述完全匹配层后呈指数衰减的衰减系数，通过设置完全匹配层的介电常数、磁导率以及电导率，使该衰减系数为常数；
9、步骤6、基于四面体非结构网格，采用高阶基函数的时域间断有限元方法，模拟计算长方体区域c1内物质的电磁散射特性以及完全匹配层内的电磁场数据；其中，长方体区域c1的入射波加载边界处电磁场的幅值依据入射电磁波的波矢方向确定；如果波矢方向指向地表目标，则在入射电磁波加载边界位置处的电磁场幅值为入射电磁波的幅值除以电磁波在完全匹配层内的衰减量；如果波矢方向远离地表目标，则入射电磁波加载位置处电磁场幅值为入射电磁波的幅值乘以电磁波在完全匹配层内的衰减量；
10、步骤7、根据步骤6的模拟计算结果，整理后获得长方体区域c1内复杂地形、地表目标和地面大气所在区域的电磁场分布数据，计算得到电磁波辐射到复杂地形下地表目标的远场散射特性，完成对复杂地形下地表目标电磁散射的高效高保真模拟。
11、进一步地，步骤1中，长方体区域c1内复杂地形、地表目标的介电常数和磁导率与实际物体的介电常数和磁导率相同；步骤3中，长方体区域c1与长方体区域c2之间复杂地形的介电常数、磁导率与真空中的介电常数、磁导率相同。
12、进一步地，步骤4中，步骤4中，每个四面体非结构网格单元均具有唯一的电磁属性，并且与四面体所在位置处物体的电磁属性相同，具有相同材料编号的小四面体构成该种电磁材料属性所描述的物质，不同材料属性物质分界面由分界面位置处四面体的三角形相互连接组成。
13、进一步地，步骤6中，电磁场采用强解积分形式的高阶节点基函数描述。
14、进一步地，步骤3中所述的完全匹配层采用卷积形式。
15、进一步地，步骤6中，所述的衰减量是以衰减系数与电磁波在完全匹配层内传播长度乘积为自变量的指数函数。
16、进一步地，步骤7中，计算得到电磁波辐射到复杂地形下地表目标的远场散射特性采用的方法是电磁场的进场-远场外推方法。
17、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
18、1、本专利技术提供的复杂地形下地表目标电磁散射的高效高保真模拟方法，采用高阶基函数的时域间断有限元方法方对计算区域采用四面体非结构网格剖分，相比时域有限差分方法使用的结构网格，非结构网格能够准确描述复杂地形以及复杂的地表目标；
19、2、本专利技术提供的复杂地形下地表目标电磁散射的高效高保真模拟方法，采用了高阶基函数的时域间断有限元模拟电磁场，该高阶方法在一个网格内采用数十个变量描述电磁波的分布，相比时域有限差分方法中一个网格内的物理量为常数，所需网格数量更少，因此大幅减少了计算所需要耗费的算力资源；
20、3、本专利技术提供的复杂地形下地表目标电磁散射的高效高保真模拟方法，采用了一种特殊的入射波边界条件，该入射波边界位于时域间断有限元的完全匹配层内，能够缩小计算区域，同时复杂地形截断位置位于完全匹配层内，由截断边缘效应引起的反射电磁波会被完全匹配层衰减，确保了计算的正确性。
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1.一种复杂地形下地表目标电磁散射的高效高保真模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述复杂地形下地表目标电磁散射的高效高保真模拟方法，其特征在于：
3.根据权利要求2所述复杂地形下地表目标电磁散射的高效高保真模拟方法，其特征在于：
4.根据权利要求3所述复杂地形下地表目标电磁散射的高效高保真模拟方法，其特征在于：
5.根据权利要求4所述复杂地形下地表目标电磁散射的高效高保真模拟方法，其特征在于：
6.根据权利要求5所述复杂地形下地表目标电磁散射的高效高保真模拟方法，其特征在于：
7.根据权利要求6所述复杂地形下地表目标电磁散射的高效高保真模拟方法，其特征在于：
【技术特征摘要】
1.一种复杂地形下地表目标电磁散射的高效高保真模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述复杂地形下地表目标电磁散射的高效高保真模拟方法，其特征在于：
3.根据权利要求2所述复杂地形下地表目标电磁散射的高效高保真模拟方法，其特征在于：
4.根据权利要求3所述复杂地形下地表目标电...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈再高，杨超，谢海燕，唐泽华，任泽平，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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