CN116362043B - 基于cm-sbr的复杂多个目标与背景环境整体化的分析方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于CM‑SBR的复杂多个目标与背景环境整体化的分析方法及系统，计算在复杂的电大目标背景下的多个重复性目标的电磁散射特性时，采用低频的特征模方法计算多个重复性目标，利用特征模的自身特点，即模式只由目标本身属性有关，除此之外的信息都不会影响到模式本身，这样就可以用少量的模式来准确地描述每个单元的电流分布，使多个重复性目标组成的整个阵列的总未知量大幅减少，计算效率会有巨大提升；采用高频方法当中的弹跳射线法来计算电大目标。结合两种方法的各自优点，可以在保留一定的计算精度的前提下完成对复杂多个目标与背景环境的整体化的高效分析。

Description

基于CM-SBR的复杂多个目标与背景环境整体化的分析方法及 系统
技术领域
本发明属于目标电磁散射特性数值计算技术领域，特别是基于CM-SBR的复杂多个目标与背景环境整体化的分析方法及系统。
背景技术
在分析电磁散射问题时，现如今常用的方法是数值解法和高频方法。数值解法中，例如矩量法能够准确地计算出目标全极化电磁散射，要求目标的剖分单元尽量小，对于电小尺寸目标可以用其计算。但是如果要用来计算飞机舰船这类电大尺寸目标就捉襟见肘。因为剖分后的未知量很多，计算舰船需要非常大的储存空间并且耗费很长的时间。与矩量法相比，高频方法计算舰船的电磁散射则不需要超大的存储和漫长的时间，但是由于高频方法是一种近似方法，在计算快的同时也造成了高频方法的计算精度不高。
对此很多学者提出了高低频混合算法。其中一种是基于射线混合的方法，这种方法是将高频中的SBR与低频数值解法中的MoM结合的SBR-MoM混合算法。对于复杂电大目标来讲，其细小结构用MoM计算，而电大平坦部分用SBR计算。SBR不要求剖分很细，所以不会生成很多未知量。该方法可以缩短计算用时，减少内存消耗。用SBR-MoM混合算法来计算含有精细结构的复杂电大尺寸目标的电磁散射特性时有不错的效果。
发明内容
本发明的目的在于提出一种基于CM-SBR的复杂多个目标与背景环境整体化的分析方法及系统，可以在保留一定的计算精度的前提下完成对复杂多个目标与背景环境的整体化高效分析。
实现本发明目的的技术解决方案为：第一方面，本发明提供一种基于CM-SBR的复杂多个目标与背景环境整体化的分析方法，步骤如下：
步骤1、首先需要对整个混合模型进行区域划分，将其分为两个区域，一个作为低频的CM区域，另一个作为高频的SBR区域；
步骤2、低频的CM区域用特征模方法计算其散射场；
步骤3、高频的SBR区域和两区域之间的耦合使用弹跳射线法计算其散射场；
步骤4、将三个部分的散射场叠加得到整个目标的总散射场，计算RCS。
第二方面，本发明提供一种基于CM-SBR的复杂多个目标与背景环境整体化的分析系统，包括：
第一模块，用于对整个混合模型进行区域划分，将其分为两个区域，一个作为低频的CM区域，另一个作为高频的SBR区域；
第二模块，对低频的CM区域用特征模方法计算其散射场；
第三模块，对高频的SBR区域和两区域之间的耦合使用弹跳射线法计算其散射场；
第四模块，将三个部分的散射场叠加得到整个目标的总散射场，计算RCS。
第三方面，本发明提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现第一方面所述的方法的步骤。
第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现第一方面所述的方法的步骤。
第五方面，本发明提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现第一方面所述的方法的步骤。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)相较于SBR方法，此发明在处理整个模型当中的精细结构时，运用了精确且高效的特征模方法来分析，计算精度会提高很多；(2)相比已有的SBR-MoM高低频混合方法，整个模型当中较为精细的多个重复性复杂目标，对其中任意一个进行模式提取，通过模式复用实现对多个重复性复杂目标的快速分析，极大地缩短了计算时间。
附图说明
图1是高低频混合模型示意图。
图2是2×2直升机阵列与海面背景模型图。
图3是三种方法在VV极化下的RCS结果比对图。
具体实施方式
本发明提出一种基于CM-SBR的复杂多个目标与背景环境整体化的分析方法，计算在复杂的电大目标背景下的多个重复性目标的电磁散射特性时，采用低频的特征模(CM)方法计算多个重复性目标，比如海面上的多艘舰船、海面上空中的多架飞机和航母上面的多架舰载机等等。这里利用特征模的自身特点，即模式只由目标本身属性有关，除此之外的信息都不会影响到模式本身，这样就可以用少量的模式来准确地描述每个单元的电流分布。通过这种模式使用方式，便可以使多个重复性目标组成的整个阵列的总未知量大幅减少，计算效率会有巨大提升；采用高频方法当中的弹跳射线(SBR)法来计算电大目标，比如海面、航母等等。结合两种方法的各自优点，可以在保留一定的计算精度的前提下完成对复杂多个目标与背景环境的整体化的高效分析。
本发明公开了一种基于CM-SBR的复杂多个目标与背景环境整体化的分析方法，在计算复杂的电大目标背景下的多个重复性目标的电磁散射特性时，用低频的数值解法计算多个重复性目标，用高频方法计算复杂的电大目标，结合两种方法的各自优点，可以达到快速又不失精度地解决该问题。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
步骤1、首先需要对整个混合模型进行区域划分，将其分为两个区域，一个作为低频的CM区域，另一个作为高频的SBR区域；
步骤2、低频的CM区域用特征模方法直接计算其散射场；
步骤3、高频的SBR区域和高、低频两区域之间的耦合使用弹跳射线法计算其散射场；
步骤4、最终将三个部分的散射场叠加得到整个目标的总散射场，来计算RCS。
进一步的，步骤1中所述通常把整个物体当中较为精细的多个重复性复杂目标划分为CM区域，比如海面上的多艘舰船、海面上空中的多架飞机和航母上面的多架舰载机等等；而电大的背景目标划分为SBR区域，比如海面、航母等等。
进一步的，步骤4中所述将三个部分的散射场叠加得到整个目标的总散射场来计算RCS，具体如下：
射线入射到复杂多个目标与背景环境时会存在若干类型的弹跳路径，在这里假设弹跳次数上限为两次，如图1所示：
已证实两次射线弹跳的结果和两次以上的射线弹跳的仿真结果很相近，故编程时固定使用两次射线弹跳。在图1中黄色部分A是CM区域，蓝色部分B是SBR区域，所有的射线弹跳类型可以划分为6种，每一种的弹跳路径如下表，表中的箭头(→)表示射线弹跳的方向：
表1
1和2射线类型只在SBR区域里面弹跳，用来计算高频的SBR区域的散射场；4和6射线类型只在CM区域里面弹跳，用来计算低频的CM区域的散射场；而剩下的3和5射线类型用来计算CM区域和SBR区域的耦合散射场。最终将这三类散射场叠加可得复杂多个目标与背景环境的总散射场：
基于同样的发明构思，本发明提供一种基于CM-SBR的复杂多个目标与背景环境整体化的分析系统，包括：
第一模块，用于对整个混合模型进行区域划分，将其分为两个区域，一个作为低频的CM区域，另一个作为高频的SBR区域；
第二模块，对低频的CM区域用特征模方法计算其散射场；
第三模块，对高频的SBR区域和两区域之间的耦合使用弹跳射线法计算其散射场；
第四模块，将三个部分的散射场叠加得到整个目标的总散射场，计算RCS。
上述各模块的具体实现方法与前述的分析方法相同，此处不再赘述。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例
本实施例进行了2×2直升机阵列与海面背景的电磁散射计算，本实施例在10thGen Intel(R)Core(TM)i7-10750H CPU@2.60GHz，内存为32GB的计算平台上实现。每架直升机的尺寸大小都为3.85m×3.26m×1.05m，海面大小为10m×10m。均匀平面波入射方向为θ＝80°，角度间隔为1°。在频率为300MHz的情况下，利用本发明提出的高低频混合方法、商业软件FEKO和SBR方法计算在VV极化下的RCS。如图2、图3所示，图中四架直升机为CM区域，海面部分为SBR区域。CM区域和SBR区域的未知量分别为8802×4(特征模式取160×4)和23614。
表2三种方法计算时间统计
表3CM-SBR与SBR和FEKO的RCS均方根误差
由表2中可以看出，本发明方法所需的时间比高频的SBR方法所需的时间要多一点，但所需的计算时间远远小于精确的数值方法，体现出本发明方法的高效率；由表3中可以看出，本发明方法与精确的数值方法的RCS均方根误差要比SBR方法的小很多，体现出本发明方法的较高精度。

Claims (6)

1.一种基于CM-SBR的复杂多个目标与背景环境整体化的分析方法，其特征在于，步骤如下：
步骤1、首先需要对整个混合模型进行区域划分，将其分为两个区域，一个作为低频的CM区域，另一个作为高频的SBR区域；
步骤2、低频的CM区域用特征模方法计算其散射场；
步骤3、高频的SBR区域和两区域之间的耦合使用弹跳射线法计算其散射场；
步骤4、将三个部分的散射场叠加得到整个目标的总散射场，计算RCS。
2.根据权利要求1所述的基于CM-SBR的复杂多个目标与背景环境整体化的分析方法，其特征在于，步骤4中所述将三个部分的散射场叠加得到整个目标的总散射场，具体如下：
射线入射到复杂多个目标与背景环境时会存在若干种类型的弹跳路径，假设弹跳次数上限为两次；
将这三类散射场叠加得到复杂多个目标与背景环境的总散射场：
Etotal＝ESBR+ECM+ESBR+CM
其中的Etotal为复杂多个目标与背景环境的总散射场；ESBR为高频SBR区域的散射场；ECM为低频CM区域的散射场；ESBR+CM为CM区域和SBR区域的耦合散射场。
3.一种基于CM-SBR的复杂多个目标与背景环境整体化的分析系统，其特征在于，包括：
第一模块，用于对整个混合模型进行区域划分，将其分为两个区域，一个作为低频的CM区域，另一个作为高频的SBR区域；
第二模块，对低频的CM区域用特征模方法计算其散射场；
第三模块，对高频的SBR区域和两区域之间的耦合使用弹跳射线法计算其散射场；
第四模块，将三个部分的散射场叠加得到整个目标的总散射场，计算RCS。
4.根据权利要求3所述的基于CM-SBR的复杂多个目标与背景环境整体化的分析系统，其特征在于，所述将三个部分的散射场叠加得到整个目标的总散射场，具体如下：
射线入射到复杂多个目标与背景环境时会存在若干种类型的弹跳路径，假设弹跳次数上限为两次；
将这三类散射场叠加得到复杂多个目标与背景环境的总散射场：
Etotal＝ESBR+ECM+ESBR+CM
其中的Etotal为复杂多个目标与背景环境的总散射场；ESBR为高频SBR区域的散射场；ECM为低频CM区域的散射场；ESBR+CM为CM区域和SBR区域的耦合散射场。
5.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-2中任一所述的方法的步骤。
6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-2中任一所述的方法的步骤。
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