基于面元投影的三角形截面射線管電磁射線追蹤算法
【專利說明】基于面元投影的三角形截面射線管電磁射線追蹤算法 一、技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明一種基于面元投影的三角形截面射線管電磁射線追蹤算法，屬于電磁散射 仿真分析領(lǐng)域。 二、
【背景技術(shù)】
[0002] 射線追蹤法是計(jì)算目標(biāo)高頻區(qū)電磁散射的一種電磁仿真方法，主要方法是將入射 波劃分為許多射線管，追蹤每條射線管在目標(biāo)表面的反射情況，射線管在目標(biāo)表面的反射 方向、幅度、相位基于幾何光學(xué)法進(jìn)行計(jì)算。射線管每次照射到目標(biāo)表面，都會(huì)形成電磁散 射，將所有射線管在目標(biāo)表面形成的電磁散射進(jìn)行疊加，就得到總的電磁散射，進(jìn)而可以求 出目標(biāo)的雷達(dá)散射截面（radar cross section，RCS)。射線追蹤法在計(jì)算大尺寸雷達(dá)散射 目標(biāo)時(shí)非常有效，能夠計(jì)算目標(biāo)各個(gè)部件的耦合散射。
[0003] 傳統(tǒng)的射線追蹤采用的方法是首先根據(jù)目標(biāo)的形狀、尺寸設(shè)定一個(gè)垂直于入射方 向的矩形口面，再將此矩形口面劃分成許多很小的正方形，每個(gè)正方形沿電磁波入射方向 形成一條射線管。射線追蹤的過程就是計(jì)算此正方形射線管在目標(biāo)表面的多次反射路線， 進(jìn)而計(jì)算出目標(biāo)的雷達(dá)散射截面。在射線追蹤的過程中，計(jì)算量最大的部分就是射線與面 元的求交判斷，所有射線管與所有面元都要進(jìn)行，最后還要判斷是否有遮擋關(guān)系。一般來 說，要計(jì)算的目標(biāo)的形狀是不規(guī)則的，因而許多射線管沒有與目標(biāo)相交，但在計(jì)算過程中仍 然要與面元進(jìn)行求交判斷，耗費(fèi)了大量的計(jì)算時(shí)間。
[0004] 本發(fā)明提出一種基于三角形面元的射線管方法，射線管的設(shè)置不再通過入射口面 劃分的方式，而是依據(jù)目標(biāo)表面的三角形面元進(jìn)行設(shè)定。將目標(biāo)表面用許多小的三角形面 元近似，再將朝向雷達(dá)方向的面元沿入射方向投影在平面上，即得到三角形射線管，這些射 線管會(huì)覆蓋目標(biāo)全部。如果目標(biāo)各面元之間沒有互相遮擋關(guān)系，則三角形射線管也不會(huì)重 疊。如果面元之間互相遮擋，則剔除被遮擋的面元之后，形成的三角形射線管也不會(huì)重疊。 這些射線管恰好覆蓋了散射目標(biāo)，不再有多余的射線管進(jìn)行求交判斷。對(duì)每個(gè)三角形射線 管的反射射線進(jìn)行追蹤，再經(jīng)進(jìn)一步物理光學(xué)積分計(jì)算，即可得到目標(biāo)的雷達(dá)散射截面。 三、

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是針對(duì)傳統(tǒng)射線追蹤法射線管較多、射線追蹤判斷計(jì)算量大的特 點(diǎn)，提出了一種基于面元投影的三角形截面射線管電磁射線追蹤算法，它能夠降低計(jì)算量、 降低內(nèi)存耗費(fèi)，同時(shí)提高精度。
[0006] 本發(fā)明一種基于面元投影的三角形截面射線管電磁射線追蹤算法，具體包括以下 步驟：
[0007] 步驟1 :將要計(jì)算的目標(biāo)表面劃分成許多三角形面元來近似，用三角形面元的優(yōu) 點(diǎn)是網(wǎng)格劃分較為靈活，而且任何三個(gè)頂點(diǎn)都在一個(gè)平面上，方便后續(xù)物理光學(xué)積分計(jì) 算；
[0008] 步驟2 :判斷三角形面元的朝向，面元法向朝向入射電磁波方向的面元稱為亮面 元，背向入射電磁波朝向的面元稱為暗面元；
[0009] 步驟3 :所有的亮面元之間進(jìn)行遮擋判斷，剔除被遮擋的亮面元；
[0010] 步驟4:根據(jù)電磁波入射方向設(shè)定一個(gè)經(jīng)過原點(diǎn)、與入射方向垂直的平面，稱為投 影面；
[0011] 步驟5 :將經(jīng)過步驟3剔除后的亮面元向投影面投影，投影也是三角形形狀，這些 投影三角形恰好覆蓋了目標(biāo)的投影輪廓，以這些投影三角形為橫截面，形成沿電磁波入射 方向的射線管；
[0012] 步驟6 :判斷每條射線管與目標(biāo)表面各個(gè)面元的求交情況，計(jì)算反射射線，進(jìn)而計(jì) 算每次反射所形成的RCS，其中第一次反射面就是形成射線管的亮面元，無需進(jìn)行求交判 斷；
[0013] 步驟7 :將所有射線管的所有反射形成的RCS進(jìn)行疊加，即得到目標(biāo)總的RCS。
[0014] 其中，在步驟1中所述的"將要計(jì)算的目標(biāo)表面劃分成許多三角形面元來近似"， 所述的"劃分成許多三角形面元"，是指目標(biāo)形狀用封閉的多面體表示，每個(gè)面都是三角形； 所述的"近似"，是指三角形面元邊長(zhǎng)小于目標(biāo)表面曲率半徑的1/8,同時(shí)也要小于入射電磁 波波長(zhǎng)的1/5,這時(shí)能夠較好的體現(xiàn)目標(biāo)形狀。
[0015] 其中，在步驟2中所述的"判斷三角形面元的朝向"，其說明如下：看單獨(dú)一個(gè)面元 是否能被入射波照射，如可以照射，說明其法向與入射波方向同向，點(diǎn)積小于〇,即 其中g(shù)為面元法向，f為入射波方向，此面元?dú)w類為亮面元；如不能照射，說明其法向與入射 波方向反向，點(diǎn)積大于〇,即^/>〇,此面元?dú)w類為暗面元；對(duì)i/ = 〇的臨界情形，按照暗面 元處理。
[0016] 其中，在步驟3中所述的"進(jìn)行遮擋判斷"，其說明如下：每?jī)蓚€(gè)亮面元之間都要通 過計(jì)算看是否相對(duì)于入射電磁波有遮擋關(guān)系，如一個(gè)面元的重心被另一個(gè)面元遮擋，則電 磁波不能照射到該重心；用圖3表示了遮擋示意圖，如圖3所示， r(l是待判斷遮擋的點(diǎn)。設(shè) L1= AB，L 2= AC，三角形ABC三個(gè)頂點(diǎn)的位置矢量分別為r A、rB、r。，則三角形所在平面上任 一點(diǎn)r可以表示為r = rA+a 山丨+a 2L2。如果同時(shí)滿足條件a丨> 〇、a 2> 〇、a丨+a 2< 1， 則r在三角形內(nèi)，否則r在三角形外。
[0017] 由于r是是經(jīng)過r(l的入射射線上的一點(diǎn)，r也可以用q、入射方向f表示，即 r -si?，其中s表示從r到的位移。s > 0時(shí)，r沿入射方向在r 的后面，此時(shí)三角形 面元可能遮擋rys < 0時(shí)，r沿入射方向在h的前面，此時(shí)三角形面元不可能遮擋r^s = 〇時(shí)，為臨界情況，A在三角形面元ABC上。在遮擋判斷過程中，臨界情況認(rèn)為面元遮擋無 效。
[0018] 根據(jù)r的兩種表達(dá)式，可以得出如下關(guān)系，進(jìn)一步可以寫為 線性方程組的形式：
[0019]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于面元投影的三角形截面射線管電磁射線追蹤算法，其特征在于：具體包括 以下步驟： 步驟1:將要計(jì)算的目標(biāo)表面劃分成許多三角形面元來近似； 步驟2 :判斷三角形面元的朝向，面元法向朝向入射電磁波方向的面元稱為亮面元，背 向入射電磁波朝向的面元稱為暗面元； 步驟3 :所有的亮面元之間進(jìn)行遮擋判斷，剔除被遮擋的亮面元； 步