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、技術領域
[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 仿真分析領域。 二、
【背景技術】
[0002] 射線追蹤法是計算目標高頻區(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表面的反射情況，射線管在目標表面的反射 方向、幅度、相位基于幾何光學法進行計算。射線管每次照射到目標表面，都會形成電磁散 射，將所有射線管在目標表面形成的電磁散射進行疊加，就得到總的電磁散射，進而可以求 出目標的雷達散射截面（radar cross section，RCS)。射線追蹤法在計算大尺寸雷達散射 目標時非常有效，能夠計算目標各個部件的耦合散射。
[0003] 傳統(tǒng)的射線追蹤采用的方法是首先根據(jù)目標的形狀、尺寸設定一個垂直于入射方 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算此正方形射線管在目標表面的多次反射路線， 進而計算出目標的雷達散射截面。在射線追蹤的過程中，計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行，最后還要判斷是否有遮擋關系。一般來 說，要計算的目標的形狀是不規(guī)則的，因而許多射線管沒有與目標相交，但在計算過程中仍 然要與面元進行求交判斷，耗費了大量的計算時間。
[0004] 本發(fā)明提出一種基于三角形面元的射線管方法，射線管的設置不再通過入射口面 劃分的方式，而是依據(jù)目標表面的三角形面元進行設定。將目標表面用許多小的三角形面 元近似，再將朝向雷達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 線管會覆蓋目標全部。如果目標各面元之間沒有互相遮擋關系，則三角形射線管也不會重 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重疊。 這些射線管恰好覆蓋了散射目標，不再有多余的射線管進行求交判斷。對每個三角形射線 管的反射射線進行追蹤，再經(jīng)進一步物理光學積分計算，即可得到目標的雷達散射截面。 三、

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是針對傳統(tǒng)射線追蹤法射線管較多、射線追蹤判斷計算量大的特 點，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，它能夠降低計算量、 降低內(nèi)存耗費，同時提高精度。
[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 :將要計算的目標表面劃分成許多三角形面元來近似，用三角形面元的優(yōu) 點是網(wǎng)格劃分較為靈活，而且任何三個頂點都在一個平面上，方便后續(xù)物理光學積分計 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)電磁波入射方向設定一個經(jīng)過原點、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表面各個面元的求交情況，計算反射射線，進而計 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進行疊加，即得到目標總的RCS。
[0014] 其中，在步驟1中所述的"將要計算的目標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"，是指目標形狀用封閉的多面體表示，每個面都是三角形； 所述的"近似"，是指三角形面元邊長小于目標表面曲率半徑的1/8,同時也要小于入射電磁 波波長的1/5,這時能夠較好的體現(xiàn)目標形狀。
[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：看單獨一個面元 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，點積小于〇,即 其中g為面元法向，f為入射波方向，此面元歸類為亮面元；如不能照射，說明其法向與入射 波方向反向，點積大于〇,即^/>〇,此面元歸類為暗面元；對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"進行遮擋判斷"，其說明如下：每兩個亮面元之間都要通 過計算看是否相對于入射電磁波有遮擋關系，如一個面元的重心被另一個面元遮擋，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。設 L1= AB，L 2= AC，三角形ABC三個頂點的位置矢量分別為r A、rB、r。，則三角形所在平面上任 一點r可以表示為r = rA+a 山丨+a 2L2。如果同時滿足條件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，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，r沿入射方向在r 的后面，此時三角形 面元可能遮擋rys < 0時，r沿入射方向在h的前面，此時三角形面元不可能遮擋r^s = 〇時，為臨界情況，A在三角形面元ABC上。在遮擋判斷過程中，臨界情況認為面元遮擋無 效。
[0018] 根據(jù)r的兩種表達式，可以得出如下關系，進一步可以寫為 線性方程組的形式：
[0019]
【主權(quán)項】
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:將要計算的目標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行遮擋判斷，剔除被遮擋的亮面元； 步