CN109376458B - 随机介质搭建、电磁散射场仿真方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种随机介质搭建、电磁散射场仿真方法和装置，涉及电磁场仿真计算领域。其中，本发明中的随机介质的搭建方法包括：步骤1、构建由指定个数的颗粒组成的颗粒组；步骤2、确定所述颗粒组与所有已保存的随机介质的构型之间的相似度；所述已保存的随机介质的构型为已经选取作为随机介质构型的颗粒组；步骤3、在所述颗粒组与所有已保存的随机介质构型之间的相似度都小于第一阈值的情况下，将所述颗粒组作为随机介质的构型并保存。通过以上步骤实现了随机介质的搭建，能够满足对光通过随机介质的传播和扩散行为的仿真研究需求，尤其能够满足仿真研究中产生特定电磁散射场波束(比如零平均圆复高斯电磁场波束)的建模需求。

Description

随机介质搭建、电磁散射场仿真方法和装置
技术领域
本发明涉及技术领域，尤其涉及一种随机介质搭建、电磁散射场仿真方法和装置。
背景技术
零平均圆复高斯统计模型是用来描述厚随机介质散射场统计性质的一个模型。厚随机介质是指随机介质的厚度远大于光子传输平均自由程的情形。在这种情况下，光传播达到光扩散的极限，入射波被充分散射，因此光传播可以视作一个完全无规的随机行走过程。基于中心极限定理和三个假定，可以推导出厚随机介质散射场的统计性质可以由零平均圆复高斯统计模型描述。
在现有技术中，可通过实验方法研究光通过一类随机介质(比如厚随机介质)的传播和扩散行为。在开展相关实验研究时，通常采用毛玻璃、乳白色亚克力或者生物组织等作为随机介质样品。但受限于工业制备工艺，随机介质样品中的散射颗粒形状、尺寸抑或分布等无法精确控制，以及由于实验过程中可能引入的误差的影响，导致通过分析实验结果揭示光在随机介质中的传播规律非常艰难。
鉴于此，可考虑通过仿真方法研究光通过一类随机介质的传播和扩散行为。和实验研究相比，仿真方法可验证光在一类随机介质中传播符合的统计分布，可初步总结出随机介质散射光的统计特性，同时确认光通过随机介质传播和扩散行为的可行性。在仿真研究中，如何搭建随机介质是一个关键技术问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明提供了一种随机介质搭建、电磁散射场仿真方法和装置，能够满足对光通过随机介质的传播和扩散行为的仿真研究需求，尤其能够满足仿真研究中产生特定电磁散射场波束(比如零平均圆复高斯电磁场波束)的建模需求。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，第一方面，本发明提供了一种随机介质的搭建方法。
本发明的随机介质的搭建方法包括：步骤1、构建由指定个数的颗粒组成的颗粒组；步骤2、确定所述颗粒组与所有已保存的随机介质的构型之间的相似度；所述已保存的随机介质的构型为已经选取作为随机介质构型的颗粒组；步骤3、在所述颗粒组与所有已保存的随机介质构型之间的相似度都小于第一阈值的情况下，将所述颗粒组作为随机介质的构型并保存。
可选地，所述方法还包括：在所述颗粒组与任一已保存的随机介质构型之间的相似度大于或等于第一阈值的情况下，再次执行所述构建由指定个数的颗粒组成的颗粒组的步骤。
可选地，所述方法还包括：迭代执行所述步骤1至步骤3，直至所述随机介质的构型总数达到第二阈值。
可选地，所述颗粒为圆形颗粒，所述构建由指定个数的颗粒组成的颗粒组的步骤包括：基于随机函数在指定空间内生成呈均匀分布的多个颗粒的位置坐标；然后，根据预设约束条件从所述多个颗粒中抽取指定个数的颗粒，以得到由所述指定个数的颗粒组成的颗粒组；所述预设约束条件包括：颗粒之间的距离大于颗粒直径，且颗粒到所述指定空间边界的距离大于颗粒半径。
可选地，所述颗粒为圆形颗粒，所述确定所述颗粒组与所有已保存的随机介质的构型之间的相似度的步骤包括：在所述指定空间内，以所述颗粒组中的颗粒位置坐标为圆心、以颗粒半径为半径绘制一组圆，以一个已保存的随机介质的构型中的颗粒位置坐标为圆心、以颗粒半径为半径绘制另一组圆，将这两组圆的重合面积与一组圆面积的比值作为所述颗粒组与该已保存的随机介质的构型之间的相似度。
为了解决上述问题，第二方面，本发明还提供了一种电磁散射场的仿真方法。
本发明的电磁散射场的仿真方法包括：根据本发明实施例的随机介质搭建方法搭建随机介质的构型；根据径向分布函数统计所述随机介质的构型中的颗粒分布情况；根据所述随机介质的构型中的颗粒分布情况以及设置的电磁散射场仿真参数，进行电磁散射仿真计算，以得到散射场波束的统计分布信息；所述电磁散射场仿真参数包括：颗粒的介电常数、入射电磁波波长。
为了解决上述问题，第三方面，本发明还提供了一种随机介质的搭建装置。
本发明的随机介质的搭建装置包括：构建模块，用于构建由指定个数的颗粒组成的颗粒组；确定模块，用于确定所述颗粒组与所有已保存的随机介质的构型之间的相似度；所述已保存的随机介质的构型为已经选取作为随机介质构型的颗粒组；选取模块，用于在所述颗粒组与所有已保存的随机介质构型之间的相似度都小于第一阈值的情况下，将所述颗粒组作为随机介质的构型并保存。
为了解决上述问题，第四方面，本发明还提供了一种电磁散射场的仿真装置。
本发明的电磁散射场的仿真装置包括：本发明实施例的随机介质的搭建装置；统计模块，用于根据径向分布函数统计所述随机介质的构型中的颗粒分布情况；仿真模块，用于根据所述随机介质的构型中的颗粒分布情况以及设置的电磁散射场仿真参数，进行电磁散射仿真计算，以得到散射场波束的统计分布信息；所述电磁散射场仿真参数包括：颗粒的介电常数、入射电磁波波长。
为了解决上述问题，第五方面，本发明还提供了一种电子设备。
本发明的电子设备包括：一个或多个处理器；以及，存储装置，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现本发明的随机介质的搭建方法或电磁散射场的仿真方法。
为了解决上述问题，第六方面，本发明还提供了一种计算机可读介质。
本发明的计算机可读介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现本发明的随机介质的搭建方法或电磁散射场的仿真方法。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：通过构建由指定个数的颗粒组成的颗粒组，确定所述颗粒组与所有已保存的随机介质的构型之间的相似度，以及在所述颗粒组与所有已保存的随机介质构型之间的相似度都小于第一阈值的情况下，将所述颗粒组作为随机介质的构型并保存这些步骤，实现了随机介质的搭建，能够满足对光通过随机介质的传播和扩散行为的仿真研究需求，尤其能够满足仿真研究中产生特定电磁散射场波束(比如零平均圆复高斯电磁场波束)的建模需求。
附图说明
图1是本发明实施例一的随机介质的搭建方法的主要步骤示意图；
图2是本发明实施例二的随机介质的搭建方法的主要步骤示意图。
图3是本发明实施例三的电磁散射场仿真方法的主要步骤示意图；
图4是本发明实施例四的随机介质的搭建装置的主要模块示意图；
图5是本发明实施例五的电磁散射场仿真装置的主要模块示意图；
图6是一个可选示例中的随机介质构型的示意图；
图7是一个可选示例中的随机介质构型中的颗粒分布统计示意图；
图8a是一个可选示例中的电磁散射场的仿真结果示意图之一；
图8b是一个可选示例中的电磁散射场的仿真结果示意图之二。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图1所示，本发明实施例提供的随机介质的搭建方法包括以下步骤：
步骤S101、构建由指定个数的颗粒组成的颗粒组。
在一可选实施方式中，所述颗粒为圆形颗粒，步骤S101具体包括：基于随机函数在指定空间内生成呈均匀分布的多个颗粒的位置坐标；然后，根据预设约束条件从所述多个颗粒中抽取指定个数的颗粒，以得到由所述指定个数的颗粒组成的颗粒组。其中，所述预设约束条件包括：颗粒之间的距离大于颗粒直径，且颗粒到所述指定空间边界的距离大于颗粒半径。通过以上约束条件进行颗粒选取，能够保证选取的颗粒不重合、并且颗粒不超出指定空间边界。
示例性地，所述指定空间可以为二维空间，比如矩形空间，所述随机函数可以为能够生成均匀随机数的函数，比如MATLAB中的unifrnd函数。进而，在该示例中，可基于unifrnd函数在给定的矩形空间中生成多个颗粒的位置坐标，然后基于所述预设约束条件选取指定个数的颗粒，进而得到由指定个数的颗粒组成的颗粒组。例如，假设指定个数为100个，则颗粒组可以为100个颗粒的位置坐标组成的集合。另外，在具体实施时，所述颗粒还可以设置为矩形颗粒或椭圆形颗粒等。
步骤S102、确定所述颗粒组与所有已保存的随机介质的构型之间的相似度。其中，所述已保存的随机介质的构型为已经选取作为随机介质构型的颗粒组。
其中，所述相似度用于反映所述颗粒组与已保存的随机介质的构型之间的相似程度。
步骤S103、在所述颗粒组与所有已保存的随机介质构型之间的相似度都小于第一阈值的情况下，将所述颗粒组作为随机介质的构型并保存。
示例性地，所述第一阈值可设为0.5。进一步，假设已保存的随机介质构型共有四个，若所述颗粒组与四个构型的相似度都小于0.5，则可将所述颗粒组作为随机介质的构型并保存；若所述颗粒组与任一已保存的构型的相似度大于或等于0.5，则可将所述颗粒组舍弃。具体实施时，所述第一阈值还可设为其他值，比如0.4。通过步骤S103，能够对选取出的各个随机介质的构型之间的相似度进行约束，从而能够很好地保证随机介质的随机程度。
在本发明实施例中，通过以上步骤实现了随机介质的搭建，能够满足对光通过随机介质的传播和扩散行为的仿真研究需求，尤其能够满足仿真研究中产生特定电磁散射场波束(比如零平均圆复高斯电磁场波束)的建模需求。与实验研究中直接选取随机介质样品相比，本发明实施例的方法不仅能够得到随机介质的所有信息，还可以对随机介质的组成和分布进行精确控制，同时避免了实验操作引入的误差。
实施例二
如图2所示，本发明实施例提供的随机介质的搭建方法包括以下步骤：
步骤S201、构建由指定个数的颗粒组成的颗粒组。
在一可选实施方式中，所述颗粒为圆形颗粒，步骤S201具体包括：基于随机函数在指定空间内生成呈均匀分布的多个颗粒的位置坐标；然后，根据预设约束条件从所述多个颗粒中抽取指定个数的颗粒，以得到由所述指定个数的颗粒组成的颗粒组。其中，所述预设约束条件包括：颗粒之间的距离大于颗粒直径，且颗粒到所述指定空间边界的距离大于颗粒半径。通过以上约束条件进行颗粒选取，能够保证选取的颗粒不重合、并且颗粒不超出指定空间边界。
示例性地，所述指定空间可以为二维空间，比如矩形空间，所述随机函数可以为能够生成均匀随机数的函数，比如MATLAB中的unifrnd函数。进而，在该示例中，可基于unifrnd函数在给定的矩形空间中生成多个颗粒的位置坐标，然后基于所述预设约束条件选取指定个数的颗粒，进而得到由指定个数的颗粒组成的颗粒组。例如，假设指定个数为100个，则颗粒组可以为100个颗粒的位置坐标组成的集合。
进一步，在步骤S201之前，本发明实施例的方法还可包括以下步骤：预先设置搭建随机介质所需的输入参数；所述输入参数可包括：指定空间的尺寸参数(比如矩形的长和宽)、颗粒的半径、颗粒组中颗粒的指定个数、第一阈值、第二阈值。
步骤S202、确定所述颗粒组与所有已保存的随机介质的构型之间的相似度。
其中，所述相似度用于反映所述颗粒组与已保存的随机介质的构型之间的相似程度；所述已保存的随机介质的构型为已经选取作为随机介质构型的颗粒组。
在一可选实施方式中，所述颗粒为圆形颗粒，步骤S202具体包括：在所述指定空间内，以所述颗粒组中的颗粒位置坐标为圆心、以颗粒半径为半径绘制一组圆，以一个已保存的随机介质的构型中的颗粒位置坐标为圆心、以颗粒半径为半径绘制另一组圆，将这两组圆的重合面积与一组圆面积的比值作为所述颗粒组与该已保存的随机介质的构型之间的相似度。
例如，假设所述颗粒组、已保存的随机介质的构型1各有100个颗粒，则可根据如下公式计算所述颗粒组与构型1的相似度：
Figure BDA0001863627960000081
其中，Sim表示相似度，soverlap_i表示两组圆中第i个重叠区域的面积，L表示两组圆的重叠区域总数，n表示一组圆中圆的总数，S表示每个圆的面积。
步骤S203、判断所述相似度是否小于第一阈值。在所述相似度小于第一阈值的情况下，执行步骤S204；否则，执行步骤S201。
示例性地，第一阈值可设为0.5。具体实施时，所述第一阈值还可设为其他值，比如0.4。
步骤S204、将所述颗粒组作为随机介质的构型并保存。
例如，假设第一阈值为0.5，已保存的随机介质构型共有四个，若所述颗粒组与四个构型的相似度都小于0.5，则可将所述颗粒组作为随机介质的构型并保存；若所述颗粒组与任一已保存的构型的相似度大于或等于0.5，则可将所述颗粒组舍弃，并再次执行步骤S201。
在本发明实施例中，通过步骤S203和S204，能够对选取出的各个随机介质的构型之间的相似度进行约束，从而能够很好地保证随机介质的随机程度。
步骤S205、判断保存的随机介质的构型总数是否达到第二阈值。在保存的随机介质的构型总数达到第二阈值的情况下，执行步骤S206；否则，执行步骤S201。
其中，第二阈值可根据需求进行设置，比如可将第二阈值设为200，300等。
步骤S206、输出所有保存的随机介质的构型。
在本发明实施例中，通过以上步骤能够构建出颗粒均匀分布的随机介质，同时通过约束不同构型之间的相似度保证了随机介质的随机程度。结果表明，本发明实施例搭建的随机介质能够很好地满足对光通过随机介质的传播和扩散行为的仿真研究需求，尤其能够满足仿真研究中产生特定电磁散射场波束，尤其是零平均圆复高斯电磁场波束的建模需求。
实施例三
如图3所示，本发明实施例提供的电磁散射场的仿真方法包括以下步骤：
步骤S301、搭建随机介质的构型。
在该步骤中，可根据本发明实施例一或实施例二中的步骤搭建多个随机介质的构型，比如200个。
步骤S302、根据径向分布函数统计所述随机介质的构型中的颗粒分布情况。
其中，所述径向分布函数表示相距参考粒子r处的粒子密度，二维情形下的径向分布函数可表示为：
Figure BDA0001863627960000091
在二维情形下的公式中，n(r)为距参考颗粒的径向距离为r到r+δr的区域内的颗粒数，2πrδr为该区域的面积，ρ0为平面中的颗粒数密度。
三维情形下的径向分布函数可表示为：
Figure BDA0001863627960000092
在三维情形下的公式中，n(r)为距参考颗粒r到r+δr的球壳内的颗粒数，4πr2δr为该球壳的面积，ρ0为空间中的颗粒数密度。
步骤S303、根据所述随机介质的构型中的颗粒分布情况以及设置的电磁场仿真参数，进行电磁散射仿真计算，以得到散射场波束的统计分布信息。
其中，所述电磁散射场仿真参数可包括：颗粒的介电常数、入射电磁波波长。
在本发明实施例中，通过以上步骤能够满足对光通过随机介质的传播和扩散行为的仿真研究需求，尤其能够满足仿真研究中产生特定电磁散射场波束，特别是零平均圆复高斯电磁场波束的建模需求。
实施例四
如图4所示，本发明实施例提供了一种随机介质的搭建装置400，具体包括：构建模块401、确定模块402、选取模块403。
构建模块401，用于构建由指定个数的颗粒组成的颗粒组。
在一可选实施方式中，所述颗粒为圆形颗粒，构建模块401构建颗粒组具体包括：构建模块401基于随机函数在指定空间内生成呈均匀分布的多个颗粒的位置坐标；然后，构建模块401根据预设约束条件从所述多个颗粒中抽取指定个数的颗粒，以得到由所述指定个数的颗粒组成的颗粒组。其中，所述预设约束条件包括：颗粒之间的距离大于颗粒直径，且颗粒到所述指定空间边界的距离大于颗粒半径。通过以上约束条件进行颗粒选取，能够保证选取的颗粒不重合、并且颗粒不超出指定空间边界。
示例性地，所述指定空间可以为二维空间，比如矩形空间，所述随机函数可以为能够生成均匀随机数的函数，比如MATLAB中的unifrnd函数。进而，在该示例中，构建模块401可基于unifrnd函数在给定的矩形空间中生成多个颗粒的位置坐标，然后构建模块401基于所述预设约束条件选取指定个数的颗粒，进而得到由指定个数的颗粒组成的颗粒组。例如，假设指定个数为100个，则颗粒组可以为100个颗粒的位置坐标组成的集合。另外，在具体实施时，所述颗粒还可以设置为矩形颗粒或椭圆形颗粒等。
确定模块402，用于确定所述颗粒组与所有已保存的随机介质的构型之间的相似度。
其中，所述相似度用于反映所述颗粒组与已保存的随机介质的构型之间的相似程度；所述已保存的随机介质的构型为已经选取作为随机介质构型的颗粒组。
在一可选实施方式中，所述颗粒为圆形颗粒，确定模块402确定所述颗粒组与所有已保存的随机介质的构型之间的相似度具体包括：确定模块402在所述指定空间内，以所述颗粒组中的颗粒位置坐标为圆心、以颗粒半径为半径绘制一组圆，以一个已保存的随机介质的构型中的颗粒位置坐标为圆心、以颗粒半径为半径绘制另一组圆，确定模块402将这两组圆的重合面积与一组圆面积的比值作为所述颗粒组与该已保存的随机介质的构型之间的相似度。
选取模块403，用于在所述颗粒组与所有已保存的随机介质构型之间的相似度都小于第一阈值的情况下，将所述颗粒组作为随机介质的构型并保存。
示例性地，所述第一阈值可设为0.5。进一步，假设已保存的随机介质构型共有四个，若所述颗粒组与四个构型的相似度都小于0.5，则选取模块403可将所述颗粒组作为随机介质的构型并保存；若所述颗粒组与任一已保存的构型的相似度大于或等于0.5，则选取模块403可将所述颗粒组舍弃。具体实施时，所述第一阈值还可设为其他值，比如0.4。通过设置确定模块和选取模块，能够对选取出的各个随机介质的构型之间的相似度进行约束，从而能够很好地保证随机介质的随机程度。
进一步，本发明实施例的随机介质的搭建装置400还可包括：调用模块，用于在所述颗粒组与任一已保存的随机介质构型之间的相似度大于或等于第一阈值的情况下，再次调用构建模块401执行所述构建由指定个数的颗粒组成的颗粒组的步骤。进一步，所述调用模块，还用于迭代调用构建模块、确定模块和选取模块，直至所述随机介质的构型总数达到第二阈值。其中，第二阈值可根据需求进行设置，比如可将第二阈值设为200，300等。
在本发明实施例中，通过以上装置能够构建出颗粒均匀分布的随机介质，同时通过约束不同构型之间的相似度保证了随机介质的随机程度。结果表明，本发明实施例搭建的随机介质能够很好地满足对光通过随机介质的传播和扩散行为的仿真研究需求，尤其能够满足仿真研究中产生特定电磁散射场波束，尤其是零平均圆复高斯电磁场波束的建模需求。
实施例五
如图5所示，本发明实施例提供了一种电磁散射场的仿真装置500，具体包括：随机介质的搭建装置501、统计模块502和仿真模块503。
随机介质的搭建装置501，用于搭建随机介质的构型。示例性地，可根据本发明实施例四中的随机介质的搭建装置搭建多个随机介质的构型，比如200个。
统计模块502，用于根据径向分布函数统计所述随机介质的构型中的颗粒分布情况。
其中，所述径向分布函数表示相距参考粒子r处的粒子密度。二维情形下的径向分布函数可表示为：
Figure BDA0001863627960000121
在二维情形下的公式中，n(r)为距参考颗粒的径向距离为r到r+δr的区域内的颗粒数，2πrδr为该区域的面积，ρ0为平面中的颗粒数密度。
三维情形下的径向分布函数可表示为：
Figure BDA0001863627960000122
在三维情形下的公式中，n(r)为距参考颗粒r到r+δr的球壳内的颗粒数，4πr2δr为该球壳的面积，ρ0为空间中的颗粒数密度。
仿真模块503，用于根据所述随机介质的构型中的颗粒分布情况以及设置的电磁场仿真参数，进行电磁散射仿真计算，以得到散射场波束的统计分布信息。其中，所述电磁散射场仿真参数可包括：颗粒的介电常数、入射电磁波波长。
在本发明实施例中，通过以上装置能够满足对光通过随机介质的传播和扩散行为的仿真研究需求，尤其能够满足仿真研究中产生特定电磁散射场波束，特别是零平均圆复高斯电磁场波束的建模需求。
具体实例
下面给出一个电磁散射场仿真的具体示例，以对本发明提出的电磁散射场仿真方法、装置进行详细说明。该具体实例主要包括：
A、设置搭建随机介质所需的输入参数。其中，所述输入参数包括：指定空间的尺寸参数、颗粒的半径、颗粒组中颗粒的指定个数、第一阈值、第二阈值。在该具体实例中，指定空间是边长为34微米的正方形，颗粒是半径为0.3微米的圆形颗粒，颗粒组中颗粒的指定个数为100个、第一阈值为0.5、第二阈值为200。
B、基于随机函数在34微米×34微米的正方形内生成呈均匀分布的多个颗粒的位置坐标；然后，根据预设约束条件从所述多个颗粒中抽取100个颗粒，以得到由抽取的100个颗粒组成的颗粒组。其中，所述预设约束条件包括：颗粒之间的距离大于颗粒直径，且颗粒到所述正方形边界的距离大于颗粒半径。具体实施时，通过调整随机函数，可将颗粒组中的颗粒密度控制在每平方微米有0.053至0.0865个颗粒。
C、确定所述颗粒组与所有已保存的随机介质的构型之间的相似度。以及，在所述颗粒组与所有已保存的随机介质构型之间的相似度都小于第一阈值的情况下，将所述颗粒组作为随机介质的构型并保存。在该具体示例中，搭建的随机介质构型如图6所示。
D、迭代执行步骤B和步骤C，直至获得200个随机介质的构型。
E、根据径向分布函数统计每个随机介质的构型中的颗粒分布情况。在该具体示例中，随机介质构型中的颗粒分布统计情况如图7所示。
F、设置入射电磁波波长为0.85微米，圆形颗粒相对介电常数为3，开始进行电磁散射仿真计算，以得到200个随机介质构型的散射场的统计分布信息。在该具体示例中，随机介质构型的散射场的统计分布信息如图8a、图8b所示。其中，图8a显示电磁散射场的实部和虚部满足零平均圆复高斯分布，图8b为电磁散射场的幅度分布结果。
在该具体示例中，通过以上步骤实现了对光通过随机介质的传播和扩散行为的仿真研究，尤其能够满足仿真研究中产生特定电磁散射场波束，特别是零平均圆复高斯电磁场波束的建模需求。
另一方面，本发明还提供了一种电子设备，该电子设备可包括：一个或多个处理器；以及，存储装置，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现本发明实施例的随机介质的搭建方法或电磁散射场的仿真方法。
作为再一方面，本发明还提供了一种计算机可读介质，该计算机可读介质可以是上述实施例中描述的电子设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中。上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被一个该设备执行时，使得该设备执行以下流程：步骤1、构建由指定个数的颗粒组成的颗粒组；步骤2、确定所述颗粒组与所有已保存的随机介质的构型之间的相似度；所述已保存的随机介质的构型为已经选取作为随机介质构型的颗粒组；步骤3、在所述颗粒组与所有已保存的随机介质构型之间的相似度都小于第一阈值的情况下，将所述颗粒组作为随机介质的构型并保存。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种电磁散射场仿真方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1、构建由指定个数的颗粒组成的颗粒组；
步骤2、确定所述颗粒组与所有已保存的随机介质的构型之间的相似度；所述已保存的随机介质的构型为已经选取作为随机介质构型的颗粒组；
步骤3、在所述颗粒组与所有已保存的随机介质构型之间的相似度都小于第一阈值的情况下，将所述颗粒组作为随机介质的构型并保存；
根据径向分布函数统计所述随机介质的构型中的颗粒分布情况；
根据所述随机介质的构型中的颗粒分布情况以及设置的电磁散射场仿真参数，进行电磁散射仿真计算，以得到散射场波束的统计分布信息；所述电磁散射场仿真参数包括：颗粒的介电常数、入射电磁波波长。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述颗粒组与任一已保存的随机介质构型之间的相似度大于或等于第一阈值的情况下，再次执行所述构建由指定个数的颗粒组成的颗粒组的步骤。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
迭代执行所述步骤1至步骤3，直至所述随机介质的构型总数达到第二阈值。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述颗粒为圆形颗粒，所述构建由指定个数的颗粒组成的颗粒组的步骤包括：
基于随机函数在指定空间内生成呈均匀分布的多个颗粒的位置坐标；然后，根据预设约束条件从所述多个颗粒中抽取指定个数的颗粒，以得到由所述指定个数的颗粒组成的颗粒组；所述预设约束条件包括：颗粒之间的距离大于颗粒直径，且颗粒到所述指定空间边界的距离大于颗粒半径。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述颗粒为圆形颗粒，所述确定所述颗粒组与所有已保存的随机介质的构型之间的相似度的步骤包括：
在指定空间内，以所述颗粒组中的颗粒位置坐标为圆心、以颗粒半径为半径绘制一组圆，以一个已保存的随机介质的构型中的颗粒位置坐标为圆心、以颗粒半径为半径绘制另一组圆，将这两组圆的重合面积与一组圆面积的比值作为所述颗粒组与该已保存的随机介质的构型之间的相似度。
6.一种电磁散射场仿真装置，其特征在于，所述装置包括：
构建模块，用于构建由指定个数的颗粒组成的颗粒组；
确定模块，用于确定所述颗粒组与所有已保存的随机介质的构型之间的相似度；所述已保存的随机介质的构型为已经选取作为随机介质构型的颗粒组；
选取模块，用于在所述颗粒组与所有已保存的随机介质构型之间的相似度都小于第一阈值的情况下，将所述颗粒组作为随机介质的构型并保存；
统计模块，用于根据径向分布函数统计所述随机介质的构型中的颗粒分布情况；
仿真模块，用于根据所述随机介质的构型中的颗粒分布情况以及设置的电磁散射场仿真参数，进行电磁散射仿真计算，以得到散射场波束的统计分布信息；所述电磁散射场仿真参数包括：颗粒的介电常数、入射电磁波波长。
7.一种电子设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序，
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1至5中任一所述的方法。
8.一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1至5中任一所述的方法。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102507417A (zh) * 2011-11-29 2012-06-20 长春迪瑞医疗科技股份有限公司 一种粒子自动分类方法
CN103870474A (zh) * 2012-12-11 2014-06-18 北京百度网讯科技有限公司 一种新闻话题组织方法及装置
CN104992029A (zh) * 2015-07-20 2015-10-21 中国科学院国家天文台 一种多尺度非均匀月壤层内离散随机介质建模方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102507417A (zh) * 2011-11-29 2012-06-20 长春迪瑞医疗科技股份有限公司 一种粒子自动分类方法
CN103870474A (zh) * 2012-12-11 2014-06-18 北京百度网讯科技有限公司 一种新闻话题组织方法及装置
CN104992029A (zh) * 2015-07-20 2015-10-21 中国科学院国家天文台 一种多尺度非均匀月壤层内离散随机介质建模方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Electromagnetic Computation in Scattering of Electromagnetic Waves by Random Rough Surface and Dense Media in Microwave Remote Sensing of Land Surfaces;Leung Tsang等;《Proceedings of the IEEE》;20130228;第101卷(第2期);第255-279页 *
波束在湍流大气中的传播特性研究;尹纪欣;《中国优秀硕士学位论文全文数据库》;20101015(第10期);第19-56页 *

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