专利名称：毫米波段内卫星电磁散射特性的数值方法
技术领域：
本发明属于目标电磁散射特性的快速计算技术，特别是毫米波段内卫星电磁散射特性的数值方法。
背景技术：
卫星一般主要由金属材料构成，为了达到防腐蚀、装饰以及隐身等目的，通常会采用介质材料进行涂敷(QJ2754-95)。对于卫星这种由金属介质涂覆混合结构的电磁散射问题，学者们提出了一系列的电磁数值计算方法，其中基于积分方程的矩量法(MoM) (Ding-Feng Yu, S1-Yuan He, Ha1-Tao Chen, Guo-Qiang Zhu,“Research on theelectromagnetic scattering of 3D target coated with anisotropic medium usingimpedance boundary condition”， Microwave and Optical Technology Letters，2011，53(2):458 - 462.)得到了最广泛的应用。针对这种金属介质混合结构，金属部分通常被作为理想导电体(PEC)来处理，并且容易被面积分方程方法(SIE)来分析求解，然而对于介质部分，不管是使用体积分方程方法，还是基于等效原理的面积分方程方法以及他们的演变算法，相对于纯金属目标的电磁计算分析方法，这些算法都需要更多的内存和时间资源。并且由于卫星涂敷介质部分非常薄的特点，如果选用面积分方程来分析介质部分，上下表面之间的奇异性较难处 理；如果采用体积分分析介质部分，会导致剖分网格畸变，最终导致矩阵方程性态差，难于求解。毫米波波段内的卫星属于电大尺寸目标，即便采用了多层快速多级子技术就行加速计算，仍然面临计算资源消耗巨大的问题。在多层快速多级子算法中，随着层数的增加，转移矩阵的计算量会急剧增加。两个远场组之间的转移矩阵由球汉克尔函数、勒让德级数组成，转移因子被定义在有大量角谱分量的单位球上，即使采用插值和反插值方法，整个转移过程的计算也是十分耗时的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种毫米波段内卫星电磁散射特性的数值方法，从而实现快速得到电磁散射特性参数的方法。实现本发明目的的技术解决方案为:一种毫米波段内卫星电磁散射特性的数值方法，步骤如下:第一步，令均匀平面波照射到一个涂有薄介质层的卫星结构上，在卫星的表面将产生表面感应面电流Js、面电荷P s、薄介质内产生体极化电流Jlrol、体极化磁流Mptjl和极化电荷P S，P()1，根据理想导体的电场边界条件，即金属表面的总场切向分量为0，得到涂有薄介质层的卫星结构目标的电场积分方程EFIE，如下
权利要求
1.一种毫米波段内卫星电磁散射特性的数值方法，其特征在于步骤如下: 第一步，令均匀平面波照射到一个涂有薄介质层的卫星结构上，在卫星的表面将产生表面感应面电流Js、面电荷P s、薄介质内产生体极化电流Jptjl、体极化磁流Mptjl和极化电荷Ps，p()1，根据理想导体的电场边界条件，即金属表面的总场切向分量为O，得到涂有薄介质层的卫星结构目标的电场积分方程EFIE，如下 [Einc (r)+Esca (r) Jtan = O (I) 其中，下标tan表示电场的切向分量，Eim表示照射在目标上的电磁波，Esca表示目标在电磁波照射后产生的散场，散射场的表达形式为:
2.根据权利要求1所述的毫米波段内卫星电磁散射特性的数值方法，其特征在于，所述第二步中未知量转换的方法如下: 在交界面上由极化电流的法向不连续性可得
3.根据权利要求1所述的毫米波段内卫星电磁散射特性的数值方法，其特征在于，所述第三步中采用多层快速多级子技术加速矩阵求解的方法如下: 步骤3.1，建立卫星的树形结构； 步骤3.2，假设在给定的一层中，任一组m中有一个场点η，任一组η中有一个源点rJ； rm、rn分别是场点组和源点组的中心点；两个非空组中场点和源点的空间矢量记为:rij=ri_rj=rim+rmn+rnj 当所分析的场点组和源点组不重合也不相邻时，满足I rim+rnj < | Tmn | ,自由空间的标量格林函数可在角谱空间写成:
4.根据权利要求1或3所述的毫米波段内卫星电磁散射特性的数值方法，其特征在于，所述步骤3.1中建立卫星的树形结构的方法如下:将卫星放入到一个能够包围它的立方体空间中，记该空间坐标系为XYZ，该空间记为树形结构的第零层，然后对该空间三维方向上分别一分为二，形成8个子空间，记为第一层，在8个子空间的基础上继续细分，当最细层空间的尺寸小于等于设定的电波长时则停止细分；整个卫星被转到一个树状结构上，对每一层的空间进行编码建立索引，保存每一层非空组空间的个数。
5.根据权利要求1或3所述的毫米波段内卫星电磁散射特性的数值方法，其特征在于:所述步骤3.1中设定的波长在0.2个波长至0.5个波长之间。
6.根据权利要求1或3所述的毫米波段内卫星电磁散射特性的数值方法，其特征在于，所述步骤3.3中判定对转移过程影响较小的角谱分量的方法如下:设Θ r为两作用组连线方向与空间z轴的夹角，为两作用组连线方向向量在XOY面上投影和X轴的夹角，β e为设定的阈值对应的角谱分量方向与两作用组连线方向的夹角；在计算转移因子的过程中，转移因子模值的大小随着Θ增大而减小，提取并计算角谱分量方向与两作用组中心连线方向夹角不大于Qe的角谱分量。
全文摘要
本发明公开了一种毫米波段内卫星电磁散射特性的数值方法。针对卫星这种金属介质混合结构，仅需对卫星金属部分建立电场积分方程，介质部分不需要建立方程，最终形成性态良好的方程，便于迭代求解。仅需对卫星金属表面进行网格剖分，不需要对涂敷介质部分进行网格剖分，奇异性容易处理。由于卫星斜长的结构特点，转移因子分量的方向性强，在多层快速多级子的基础上对远场作用采用了加速方法，有效的降低计算内存需求并且节省计算时间。
文档编号G01R29/08GK103235193SQ201310136200
公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月18日 优先权日2013年4月18日
发明者陈如山, 丁大志, 樊振宏, 陶诗飞, 沙侃, 叶晓东, 刘玲玲, 王贵, 盛亦军 申请人:南京理工大学