基于面元空间分集的电磁遮挡判断快速算法
【技术领域】
[0001] 本发明提供一种基于面元空间分集的电磁遮挡判断快速算法，具体涉及一种计算 高频区电磁散射的电磁遮挡判断算法，属于电磁散射仿真分析技术领域。
【背景技术】
[0002] 物理光学法是计算目标高频区电磁散射的一种电磁仿真方法，主要过程是将目标 表面划分成多个面元，计算每个面元的物理光学电磁散射贡献，再将所有面元的电磁散射 进行求和，即可得到总的电磁散射。根据物理光学假设，入射电磁波照射不到的部分就不会 产生感应电流，因此不会电磁散射。对于复杂、大型目标，往往会有目标的一部分遮挡住另 一部分的情形，此时被遮挡住的部分就不参与电磁散射计算，需要在计算过程中对遮挡关 系进行判断。看面元是否被其他面元所遮挡。如果面元被其他面元遮挡，则此面元不参与 电磁散射计算。对于大型、复杂目标，基于保持外形精度的要求，要将表面划分成数量较多 的面元，可能达到上万个。如此多的面元两两之间进行遮挡判断，非常耗费计算时间，严重 影响计算效率。
[0003] 本发明提出的快速算法首先对面元进行空间分集，用多个立方体包围盒将目标覆 盖，同一个立方体包围盒内的面元属于同一组。在判断某个面元是否被其他面元遮挡时，首 先判断这个面元与立方体的遮挡关系。如果面元没有被某个立方体遮挡，说明这个立方体 中的所有面元都没有遮挡这个面元，此时不必对立方体中的面元进行判断。如果待判断面 元被某立方体遮挡，则可能被此立方体中某个面元遮挡，此时需要对该立方体中的所有面 元进行遮挡判断。
【发明内容】
[0004] (一）目的：本发明针对物理光学法计算目标电磁散射过程中的面元遮挡判断问 题，提出了一种基于面元空间分集的电磁遮挡判断快速算法。
[0005] (二）技术方案：
[0006] 本发明提供一种基于面元空间分集的电磁遮挡判断快速算法，具体包括以下步 骤：
[0007] 步骤1 :将将要计算的目标表面划分成许多三角形面元来近似，用三角形面元剖 分目标表面的优点是网格划分较为灵活，而且任何三个顶点都在一个平面上，方便电磁散 射计算；
[0008] 步骤2 :判断三角形面元的朝向，面元朝向入射电磁波方向的面元称为亮面元，背 向入射电磁波朝向的面元称为暗面元，暗面元是电磁波照射不到的部位，不需参与电磁计 算，也不需要进行遮挡判断；
[0009] 步骤3 :将目标用多个立方体进行覆盖，立方体包围盒之间可以有重叠的部分，包 含在同一个立方体包围盒内的亮面元在同一组，以此将亮面元进行空间分集，部分面元可 能同时含于两个立方体包围盒中，因此则分在两个组中，但这种情况不影响后面的算法；
[0010] 步骤4:判断所有亮面元与所有立方体包围盒之间的遮挡关系，如果亮面元没有 被立方体包围盒遮挡，则该亮面元没有被该立方体包围盒中所有面元遮挡；
[0011] 步骤5 :如果亮面元被某立方体包围盒遮挡，则可能被该立方体包围盒中的某个 面元遮挡，此时再遍历该立方体中的所有的面元，进行面元间的遮挡判断。
[0012] 在上述5个步骤完成的基础上就可以进行下一步面元雷达散射截面即RCS的计算 和叠加等工作了。
[0013] 其中，在步骤1中所述的"将要计算的目标表面划分成许多三角形面元来近似"， 所述的"划分成许多三角形面元"，是指目标形状用封闭的多面体表示，每个面都是三角形； 所述的"近似"，是指三角形面元边长小于目标表面曲率半径的1/8,同时也要小于入射电磁 波波长的1/5,这时能够较好的体现目标形状。
[0014] 其中，在步骤2中所述的"判断三角形面元的朝向"，其说明如下：看单独一个面元 是否能被入射波照射，如可以照射，说明其法向与入射波方向同向，点积小于〇,即/w:<〇， 其中A为面元法向，f为入射波方向，此面元归类为亮面元；如不能照射，说明其法向与入射 波方向反向，点积大于〇,即6./>〇,此面元归类为暗面元；对A / = 0的临界情形，按照暗面 元处理。
[0015] 其中，在步骤4中所述的"判断所有亮面元与所有立方体包围盒之间的遮挡关 系"，其说明如下：遍历所有面元，看是否被某个包围盒所遮挡；由于目标表面三角形面元 尺寸较小，因此可以用三角形面元重心是否被遮挡来代表该面元是否被遮挡，如果面元重 心被遮挡，则认为该面元被遮挡，否则认为该面元未被遮挡；由于三角形面元尺寸较小，该 近似带来的误差很小，能够满足工程应用；由此，面元是否被遮挡的问题归结为点是否被遮 挡，点被立方体包围盒遮挡的示意图如图4所示。
[0016] 设待判断面元重心的位置矢量为A，立方体包围盒中心的位置矢量为r。，电磁 波入射方向为丨，坐标轴三个方向的单位矢量分别是如果^被立方体遮挡，则必 然被立方体的某个面遮挡，因此需要对立方体的6个面都进行遮挡判断；以外法向为S 的面为例进行说明，可设射线在该面上交点的位置矢量为n:.+V 2i + W' +灼，则该位置 矢量还可表示为『 = ^-5/，其中s是交点到待判断点沿f方向的位移，由此，可得关系式 C + + = r。?，进一步可得+所+ ;写成线性方程组的形式， 得到
[0017]
【主权项】
1. 一种基于面元空间分集的电磁遮挡判断快速算法，其特征在于：具体包括以下步 骤： 步骤1:将将要计算的目标表面划分成许多三角形面元来近似，用三角形面元剖分目 标表面的优点是网格划分较为灵活，而且任何三个顶点都在一个平面上，方便电磁散射计 算； 步骤2 :判断三角形面元的朝向，面元朝向入射电磁波方向的面元称为亮面元，背向入 射电磁波朝向的面元称为暗面元，暗面元是电磁波照射不到的部位，不需参与电磁计算，也 不需要进行遮挡判断； 步骤3 :将目标用多个立方体进行覆盖，立方体包围盒之间有重叠的部分，包含在同一 个立方体包围盒内的亮面元在同一组，以此将亮面元