一种基于多层快速多极子的电磁耦合参数提取方法及其装置与流程

本发明属于电磁学领域，具体涉及一种基于多层快速多极子的电磁耦合参数提取方法及其装置。

背景技术：

1、阵列天线广泛应用于远程预警雷达、机载雷达等领域，在进行阵列天线设计及优化工作时，需要提取阵列天线的s参数进行隔离度分析、以及提取阵列的单元方向图进行优化工作。

2、目前常见的方法是使用矩量法(method of moments，mom)或者有限元法(finiteelement method，fem)对天线阵列进行整体的仿真计算后，再提取阵列的s参数或是单元方向图，该种方法虽然计算精度高，但是在进行仿真计算时需要耗费大量的计算资源和时间资源；并且随着实际工程中阵列天线的频率不断升高、阵列规模不断增大、对阵列天线加载体一体化仿真设计的需求日益增加，使用mom或fem方法进行仿真计算所消耗的计算资源也变得令人无法接受。因此，亟需提供一种电磁耦合参数提取方法，能够在有限的计算资源的情况下，提高对大型天线阵列的精确、高效仿真。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于多层快速多极子的电磁耦合参数提取方法及其装置。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

2、第一方面，本发明提供一种基于多层快速多极子的电磁耦合参数提取方法，包括：

3、构建雷达几何模型的电磁模型；雷达几何模型包括阵列天线和载体平台几何模型和波端口激励模型，阵列天线包括多个天线单元；

4、根据电磁模型，获取雷达几何模型的基函数索引表；雷达几何模型的基函数包括天线单元的基函数信息和载体平台的基函数信息；

5、根据基函数索引表，使用预设的算法计算激励第一个天线单元时，第一个天线单元激励对应的电流和磁流分布；

6、根据第一个天线单元激励对应的电流和磁流分布，提取雷达几何模型的第一典型特征电流和磁流；

7、根据雷达几何模型的第一典型特征电流和磁流，作为求解器的初始解，计算激励与第一个天线单元相邻的天线单元时，与第一个天线单元相邻的天线单元激励对应的电流和磁流分布；

8、直至激励完所有天线单元，获取所有的天线单元激励对应的电流和磁流分布；

9、根据所有的天线单元激励对应的电流和磁流分布，提取雷达几何模型的天线阵列的s参数或单元方向图。

10、第二方面，本发明还提供一种基于多层快速多极子的电磁耦合参数提取装置，包括：

11、电磁模型构建模块，用于构建雷达几何模型的电磁模型；雷达几何模型包括阵列天线和载体平台几何模型和波端口激励模型，阵列天线包括多个天线单元；

12、基函数索引表获取模块，用于根据电磁模型，获取雷达几何模型的基函数索引表；雷达几何模型的基函数包括天线单元的基函数信息和载体平台的基函数信息；

13、电流和磁流分布获取模块，用于根据基函数索引表，使用预设的算法计算激励第一个天线单元时，第一个天线单元激励对应的电流和磁流分布；

14、典型特征电流和磁流获取模块，用于根据第一个天线单元激励对应的电流和磁流分布，提取雷达几何模型的第一典型特征电流和磁流；

15、电流和磁流更新模块，用于根据雷达几何模型的第一典型特征电流和磁流，作为求解器的初始解，计算激励与第一个天线单元相邻的天线单元时，与第一个天线单元相邻的天线单元激励对应的电流和磁流分布；

16、迭代模块，用于直至激励完所有天线单元，获取所有的天线单元激励对应的电流和磁流分布；

17、结果输出模块，用于根据所有的天线单元激励对应的电流和磁流分布，提取雷达几何模型的天线阵列的s参数或单元方向图。

18、本发明的有益效果：

19、本发明提供的一种基于多层快速多极子的电磁耦合参数提取方法及其装置，构建雷达几何模型的电磁模型，根据电磁模型，使用波端口建模技术，能够更好的模拟天线激励并实现负载匹配，计算得到更精确的电磁耦合特性，即s参数；构建雷达几何模型的基函数索引表，使用多层快速多极子算法计算雷达几何模型在激励时，第一个天线单元激励对应的电流和磁流分布，能够在有限计算资源下求解更大规模问题；根据第一个天线单元激励对应的电流和磁流分布，构建求解器的初始解，可以有效减少多层快速多极子这一类迭代算法计算阵列天线顺序激励这一类多激励问题时的迭代步数，达到降低计算时间提高效率的目的；通过求解器的不断迭代更新，获取所有的天线单元激励对应的电流和磁流分布，进一步获取天线阵列的s参数或单元方向图；本发明用于解决现有技术中计算大型天线阵列加载体时计算资源计算时间消耗太大导致无法计算的问题，以及阵列天线激励太多导致多层快速多极子方法计算效率低的技术问题。

20、以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

技术特征：

1.一种基于多层快速多极子的电磁耦合参数提取方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于多层快速多极子的电磁耦合参数提取方法，其特征在于，所述电磁模型包括天线阵列和载体平台电磁模型、以及波端口激励电磁模型。

3.根据权利要求2所述的基于多层快速多极子的电磁耦合参数提取方法，其特征在于，所述天线阵列和载体平台电磁模型构建过程包括：

4.根据权利要求2所述的基于多层快速多极子的电磁耦合参数提取方法，其特征在于，所述波端口激励电磁模型构建过程包括：

5.根据权利要求1所述的基于多层快速多极子的电磁耦合参数提取方法，其特征在于，所述雷达几何模型的电流和磁流分布i的表达式为：

6.根据权利要求1所述的基于多层快速多极子的电磁耦合参数提取方法，其特征在于，所述根据第一个所述天线单元激励对应的电流和磁流分布，提取所述雷达几何模型的第一典型特征电流和磁流，包括：

7.根据权利要求1所述的基于多层快速多极子的电磁耦合参数提取方法，其特征在于，所述雷达几何模型的第一典型特征电流和磁流ityp的表达式为：

8.根据权利要求1所述的基于多层快速多极子的电磁耦合参数提取方法，其特征在于，所述直至激励完所有天线单元，获取所有的所述天线单元激励对应的电流和磁流分布，包括：

9.根据权利要求1所述的基于多层快速多极子的电磁耦合参数提取方法，其特征在于，所述求解器的初始解的表达式为：

10.一种基于多层快速多极子的电磁耦合参数提取装置，其特征在于，包括：

技术总结
本发明公开了一种基于多层快速多极子的电磁耦合参数提取方法及其装置，包括：构建雷达几何模型的电磁模型；获取雷达几何模型的基函数索引表；根据基函数索引表，使用预设的算法计算激励第一个天线单元时，第一个天线单元激励对应的电流和磁流分布，提取雷达几何模型的第一典型特征电流和磁流；根据雷达几何模型的第一典型特征电流和磁流，作为求解器的初始解，计算激励与第一个天线单元相邻的天线单元时，与第一个天线单元相邻的天线单元激励对应的电流和磁流分布；直至激励完所有天线单元，获取所有的天线单元激励对应的电流和磁流分布，提取雷达几何模型的天线阵列的S参数或单元方向图。本发明能够提高计算大型天线阵列和载体计算资源的效率。

技术研发人员：殷磊,林中朝,马雷雷,陈枭,郑怡哲
受保护的技术使用者：西安超算软件科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/8/26