基于精细电磁仿真的电磁远场二、三维可视化处理方法与流程
本发明涉及一种电磁远场二、三维可视化处理方法，更具体的说，尤其涉及一种基于精细电磁仿真的电磁远场二、三维可视化处理方法。
背景技术：
电磁场数值仿真计算是指采用数值计算方法在频域或时域求解Maxwell方程及其衍生的其他方程。随着计算机技术和电磁场数值计算方法的发展，电磁场数值仿真被广泛应用于微波与毫米波通信、雷达、精确制导、电磁兼容、医疗诊断、导航和地质勘探等电磁领域，成为设备电磁特性分析与设计的现代化必要手段，具有巨大的实用价值。
近年来，大型天线阵列布局等“复杂、电大”系统的设计对电磁仿真计算提出更精确、更高效的迫切需求，往往需要上万核乃至几十万核并行规模的大规模并行的精细电磁仿真计算，传统的FEKO、HFSS等商业软件受到并行核数的限制已无法满足大规模并行仿真计算的需求。精细电磁仿真可以对天线和微波系统等电磁问题进行精确仿真。基于精细电磁数值方法进行仿真，可以分析用户所设计天线的辐射方向图、增益、S参数等指标。结合CAD部分参数建模可对天线性能进行优化，还可计算目标的雷达散射截面(RCS)，分析仿真微波器件的电磁特性，辅助微波滤波器、功分器等微波器件的设计。
精细电磁仿真完成以后，需要对产生的仿真结果数据进行研究分析来获知仿真的一系列结果，直观地图形化展示远场的方向图、近场的电磁分布图和电流分布云图等。精细电磁仿真工程一般在超级计算机上进行计算，会产生大量、复杂的数据，如果直接研究这些数据，不仅费时，而且容易产生偏差。随着计算机性能的提高，求解问题的规模不断加大，复杂度不断提高，需要处理和计算产生的数据量都在增加，计算结果的分析和解释越来越困难，严重影响了科学计算可视化的效率和质量。
远场的物理意义在理论上是指无穷远处的电磁场，实际中一般取10个波长或者100个波长以外的电磁场，主要用来表征电磁场的辐射特性。在远场电磁仿真计算中，三维方向图、二维曲线图涉及到众多的物理量，而且同一个物理量也会有不同方向的分量，每个分量作为复数还包括实部、虚部。除此之外，还会涉及到分量归一化的问题。因此，构造显示图形时，必须准确读取结果文件中的相关数据。
技术实现要素：
本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种基于精细电磁仿真的电磁远场二、三维可视化处理方法。
本发明的基于精细电磁仿真的电磁远场二、三维可视化处理方法，其特征在于，通过以下步骤来实现：
a).获取电磁远场方向及取值，由于电磁远场的数据均是以球坐标的形式给出的，首先确定方向的取值范围及其在该范围内的取值，设为然后确定θ方向的取值范围(θmin，θmax)及其在该范围内的取值，设为θ1、θ2、...、θn2；
b).获取物理量的取值，当方向依次取方向θ依次取θ1、θ2、...、θn2时，存储待分析目标的各项物理参数；如果要分析的为目标的天线特性，则存储的各项物理参数为实部、虚部、E_θ实部、E_θ虚部、E绝对值、EdB值、增益Gain、方向系数；如果要分析的为目标的雷达散射截面，则存储的各项物理参数为实部、虚部、E_θ实部、E_θ虚部、E绝对值、E dB值、RCS；
其中：E为电场强度，E_θ分别为电场强度沿方向、θ方向的数值，EdB值为电场增益比，方向系数为天线的方向性系数，RCS为目标的雷达反射面积；
c).物理量的归一化处理，设待归一化的物理量用集合Gi＝{Gi1、Gi2、...、Gij、...、Gi(n1×n2)}表示，Gi中i表示物理量的种类，Gij表示i类物理量中第j个数值，则通过公式(1)对其进行半径归一化处理：
其种Gimax＝max{Gi}、Gimin＝min{Gi}，rij为i类物理量中第j个数值归一化的结果，1≤j≤n1×n2；
d).球坐标向三维直角坐标的转换，设归一化后的第i类物理量中第j个数值rij所对应的球坐标中的方向角分别为θl，对应的三维直角坐标为(xij,yij,zij)，定义立体可视化展示的默认最大半径为R；为了实现视图在三维直角坐标第一象限内的展示，利用公式(2)将第i类物理量中第j个数值rij的球坐标转化为三维直角坐标：
zij＝R*rij cosθl
其中，1≤k≤n1，1≤l≤n2；
e).二维曲线绘制，根据所要绘制物理量的截面，在方向和θ方向中选择某一角度作为固定值，而另一方向作为自变量，将该截面内所要绘制的相应物理量的所有点，均进行步骤c)和步骤d)的处理，即可获取所要展示的物理量在该截面内的曲线；
f).三维立体图绘制，方向和θ方向均作为自变量，选择所要展示的物理量在依次取依次取θ1、θ2、...、θn2时的所有点，均进行步骤c)和步骤d)的处理，即可获取所要展示的物理量的曲面立体图形。
本发明的基于精细电磁仿真的电磁远场二、三维可视化处理方法，所述的取值范围为所述θ的取值范围为(0°,180°)，θ1、θ2、...、θn2＝0、1、2、…、180°。
天线辐射问题主要分析天线的辐射方向图、增益、主瓣宽度、副瓣电平等天线参数及S参数。对于辐射问题需要提供常用天线的几种激励源，如线天线的delta源，波导缝隙天线的波端口，微带天线的馈源，电流源，磁流源。散射问题主要是用来分析目标的雷达散射截面(RCS)，用以判断飞机舰船等目标的隐身性能。散射问题的激励源需要支持平面波激励，任意外加源激励。可以计算距离目标任意距离方位位置处RCS(如指定某条线上的近场RCS)。
本发明的有益效果是：本发明为了克服上述技术问题的缺点，研究并选择合适的数据结构、显示逻辑和可视化技术，在精细电磁仿真计算结束以后，根据电磁仿真结果数据的维数以及所表示的内容，将二维数据以曲线、折线等几何方式在直角坐标、极坐标下进行可视化，将三维数据以颜色的方式在直角坐标系下进行可视化，方便使用者快速、准确地了解精细电磁仿真计算的物理量结果。
通过精细电磁数值仿真后处理显示，设计人员可以在不用加工实物的情况下检验设计的合理性，并可以分析其电磁兼容问题。可降低产品设计成本，缩短产品研发周期。同时可降低对研发人员专业技能的要求，使得天线与微波系统的设计更加简单化、大众化。
附图说明
图1为本发明中为0°，θ在其取值范围内变化的数据存储形式；
图2为本发明中为1°，θ在其取值范围内变化的数据存储形式；
图3为本发明中为360°，θ在其取值范围内变化的数据存储形式。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
本发明的基于精细电磁仿真的电磁远场二、三维可视化处理方法，其特征在于，通过以下步骤来实现：
a).获取电磁远场方向及取值，由于电磁远场的数据均是以球坐标的形式给出的，首先确定方向的取值范围及其在该范围内的取值，设为然后确定θ方向的取值范围(θmin，θmax)及其在该范围内的取值，设为θ1、θ2、...、θn2；
其中，的取值范围可以为θ的取值范围可以为(0°,180°)，θ1、θ2、...、θn2＝0、1、2、…、180°。
b).获取物理量的取值，当方向依次取方向θ依次取θ1、θ2、...、θn2时，存储待分析目标的各项物理参数；如果要分析的为目标的天线特性，则存储的各项物理参数为实部、虚部、E_θ实部、E_θ虚部、E绝对值、E dB值、增益Gain、方向系数；如果要分析的为目标的雷达散射截面，则存储的各项物理参数为实部、虚部、E_θ实部、E_θ虚部、E绝对值、E dB值、RCS；
其中：E为电场强度，E_θ分别为电场强度沿方向、θ方向的数值，E dB值为电场增益比，方向系数为天线的方向性系数，RCS为目标的雷达反射面积；
如图1所示，给出了为0°，θ在其取值范围内变化的数据存储形式，其种的8000.000000为频率，Pha表示Theta表示θ；在Pha取0°时，Theta由0°至180°变化(由于篇幅限制只给出了Theta由0°至29°的变化值)，第3列至第7列数据依次为实部、虚部、E_θ实部、E_θ虚部、E绝对值，第8列和第9列均为相应的RCS值，最后一列为多余列，不做处理。
如图2所示，给出了本发明中为1°，θ在其取值范围内变化的数据存储形式，图3给出了本发明中为360°，θ在其取值范围内变化的数据存储形式，由此可见，在(0°,360°)范围、θ在(0°,180°)范围内变化的过程中，其包括的取值点数为361乘以181个。
c).物理量的归一化处理，设待归一化的物理量用集合Gi＝{Gi1、Gi2、...、Gij、...、Gi(n1×n2)}表示，Gi中i表示物理量的种类，Gij表示i类物理量中第j个数值，则通过公式(1)对其进行半径归一化处理：
其种Gimax＝max{Gi}、Gimin＝min{Gi}，rij为i类物理量中第j个数值归一化的结果，1≤j≤n1×n2；
d).球坐标向三维直角坐标的转换，设归一化后的第i类物理量中第j个数值rij所对应的球坐标中的方向角分别为θl，对应的三维直角坐标为(xij,yij,zij)，定义立体可视化展示的默认最大半径为R；为了实现视图在三维直角坐标第一象限内的展示，利用公式(2)将第i类物理量中第j个数值rij的球坐标转化为三维直角坐标：
zij＝R*rij cosθl
其中，1≤k≤n1，1≤l≤n2；
e).二维曲线绘制，根据所要绘制物理量的截面，在方向和θ方向中选择某一角度作为固定值，而另一方向作为自变量，将该截面内所要绘制的相应物理量的所有点，均进行步骤c)和步骤d)的处理，即可获取所要展示的物理量在该截面内的曲线；
f).三维立体图绘制，方向和θ方向均作为自变量，选择所要展示的物理量在依次取依次取θ1、θ2、...、θn2时的所有点，均进行步骤c)和步骤d)的处理，即可获取所要展示的物理量的曲面立体图形。
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