基于面元投影的三角形截面射线管电磁射线追踪算法
【专利说明】基于面元投影的三角形截面射线管电磁射线追踪算法 一、技术领域
[0001] 本发明一种基于面元投影的三角形截面射线管电磁射线追踪算法，属于电磁散射 仿真分析领域。 二、
【背景技术】
[0002] 射线追踪法是计算目标高频区电磁散射的一种电磁仿真方法，主要方法是将入射 波划分为许多射线管，追踪每条射线管在目标表面的反射情况，射线管在目标表面的反射 方向、幅度、相位基于几何光学法进行计算。射线管每次照射到目标表面，都会形成电磁散 射，将所有射线管在目标表面形成的电磁散射进行叠加，就得到总的电磁散射，进而可以求 出目标的雷达散射截面（radar cross section，RCS)。射线追踪法在计算大尺寸雷达散射 目标时非常有效，能够计算目标各个部件的耦合散射。
[0003] 传统的射线追踪采用的方法是首先根据目标的形状、尺寸设定一个垂直于入射方 向的矩形口面，再将此矩形口面划分成许多很小的正方形，每个正方形沿电磁波入射方向 形成一条射线管。射线追踪的过程就是计算此正方形射线管在目标表面的多次反射路线， 进而计算出目标的雷达散射截面。在射线追踪的过程中，计算量最大的部分就是射线与面 元的求交判断，所有射线管与所有面元都要进行，最后还要判断是否有遮挡关系。一般来 说，要计算的目标的形状是不规则的，因而许多射线管没有与目标相交，但在计算过程中仍 然要与面元进行求交判断，耗费了大量的计算时间。
[0004] 本发明提出一种基于三角形面元的射线管方法，射线管的设置不再通过入射口面 划分的方式，而是依据目标表面的三角形面元进行设定。将目标表面用许多小的三角形面 元近似，再将朝向雷达方向的面元沿入射方向投影在平面上，即得到三角形射线管，这些射 线管会覆盖目标全部。如果目标各面元之间没有互相遮挡关系，则三角形射线管也不会重 叠。如果面元之间互相遮挡，则剔除被遮挡的面元之后，形成的三角形射线管也不会重叠。 这些射线管恰好覆盖了散射目标，不再有多余的射线管进行求交判断。对每个三角形射线 管的反射射线进行追踪，再经进一步物理光学积分计算，即可得到目标的雷达散射截面。 三、
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是针对传统射线追踪法射线管较多、射线追踪判断计算量大的特 点，提出了一种基于面元投影的三角形截面射线管电磁射线追踪算法，它能够降低计算量、 降低内存耗费，同时提高精度。
[0006] 本发明一种基于面元投影的三角形截面射线管电磁射线追踪算法，具体包括以下 步骤：
[0007] 步骤1 :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，方便后续物理光学积分计 算；
[0008] 步骤2 :判断三角形面元的朝向，面元法向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；
[0009] 步骤3 :所有的亮面元之间进行遮挡判断，剔除被遮挡的亮面元；
[0010] 步骤4:根据电磁波入射方向设定一个经过原点、与入射方向垂直的平面，称为投 影面；
[0011] 步骤5 :将经过步骤3剔除后的亮面元向投影面投影，投影也是三角形形状，这些 投影三角形恰好覆盖了目标的投影轮廓，以这些投影三角形为横截面，形成沿电磁波入射 方向的射线管；
[0012] 步骤6 :判断每条射线管与目标表面各个面元的求交情况，计算反射射线，进而计 算每次反射所形成的RCS，其中第一次反射面就是形成射线管的亮面元，无需进行求交判 断；
[0013] 步骤7 :将所有射线管的所有反射形成的RCS进行叠加，即得到目标总的RCS。
[0014] 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。
[0015] 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 其中g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^/>〇,此面元归类为暗面元；对i/ = 〇的临界情形，按照暗面 元处理。
[0016] 其中，在步骤3中所述的"进行遮挡判断"，其说明如下：每两个亮面元之间都要通 过计算看是否相对于入射电磁波有遮挡关系，如一个面元的重心被另一个面元遮挡，则电 磁波不能照射到该重心；用图3表示了遮挡示意图，如图3所示， r(l是待判断遮挡的点。设 L1= AB，L 2= AC，三角形ABC三个顶点的位置矢量分别为r A、rB、r。，则三角形所在平面上任 一点r可以表示为r = rA+a 山丨+a 2L2。如果同时满足条件a丨> 〇、a 2> 〇、a丨+a 2< 1， 则r在三角形内，否则r在三角形外。
[0017] 由于r是是经过r(l的入射射线上的一点，r也可以用q、入射方向f表示，即 r -si?，其中s表示从r到的位移。s > 0时，r沿入射方向在r 的后面，此时三角形 面元可能遮挡rys < 0时，r沿入射方向在h的前面，此时三角形面元不可能遮挡r^s = 〇时，为临界情况，A在三角形面元ABC上。在遮挡判断过程中，临界情况认为面元遮挡无 效。
[0018] 根据r的两种表达式，可以得出如下关系，进一步可以写为 线性方程组的形式：
[0019]
【主权项】
1. 一种基于面元投影的三角形截面射线管电磁射线追踪算法，其特征在于：具体包括 以下步骤： 步骤1:将要计算的目标表面划分成许多三角形面元来近似； 步骤2 :判断三角形面元的朝向，面元法向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； 步骤3 :所有的亮面元之间进行遮挡判断，剔除被遮挡的亮面元； 步