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高精度法矢下切割面自适应的凸曲面射线寻迹

李尧尧 苏东林 刘焱 杨照

李尧尧, 苏东林, 刘焱, 等 . 高精度法矢下切割面自适应的凸曲面射线寻迹[J]. 北京航空航天大学学报, 2016, 42(12): 2632-2639. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0442
引用本文: 李尧尧, 苏东林, 刘焱, 等 . 高精度法矢下切割面自适应的凸曲面射线寻迹[J]. 北京航空航天大学学报, 2016, 42(12): 2632-2639. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0442
LI Yaoyao, SU Donglin, LIU Yan, et al. Convex surface ray tracing based on adaptive cutting surface adjustment under exact normal vector[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2016, 42(12): 2632-2639. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0442(in Chinese)
Citation: LI Yaoyao, SU Donglin, LIU Yan, et al. Convex surface ray tracing based on adaptive cutting surface adjustment under exact normal vector[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2016, 42(12): 2632-2639. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0442(in Chinese)

高精度法矢下切割面自适应的凸曲面射线寻迹

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0442
基金项目: 

国家自然科学基金 61427803

详细信息
    作者简介:

    李尧尧, 男, 博士。主要研究方向:系统级电磁兼容设计、电磁兼容与电磁环境。E-mail:bravegoal@126.com

    刘焱, 男, 博士。主要研究方向:系统级电磁兼容设计、电磁兼容与电磁环境。E-mail:b10093@buaa.edu.cn

    杨照, 男, 博士。主要研究方向:电磁兼容与电磁环境。E-mail:241172284@qq.com

    通讯作者:

    苏东林, 女, 博士, 教授, 博士生导师。主要研究方向:电磁兼容、电磁环境效应、计算电磁学、射频微波电路与系统和新型飞行器机载共形/共用/小型化天线等。Tel.:010-82317224, E-mail:sdl@buaa.edu.cn

  • 中图分类号: TN011.4;V219

Convex surface ray tracing based on adaptive cutting surface adjustment under exact normal vector

Funds: 

National Natural Science Foundation of China 61427803

More Information
    Corresponding author: SU Donglin, Tel.:010-82317224, E-mail:sdl@buaa.edu.cn
  • 摘要:

    针对电大尺寸目标难以精确解析表达带来的一致性几何绕射算法应用难问题,提出了基于三角网格、适用于任意凸曲面的射线寻迹(TM-tracing)算法。应用工程中较易获取的三角网格及其协议,设计了一种满足快速多边搜索条件的网状数据存储链表;提出了满足寻迹要求的高精度法矢求解算法;采用切割面自适应调整的弧形拟合寻迹方法实现了爬行波寻迹算法;结合一致性几何绕射理论(UTD)实现了暗区场值求解算法。任意网格曲面射线寻迹结果表明:本文提出的寻迹算法适用于包括球、柱和锥在内的任意光滑凸曲面,寻迹偏差小于1.61%,寻迹速度为2.8 s,具有一定的工程应用价值。

     

  • 图 1  射线寻迹问题描述

    Figure 1.  Description of ray tracing problem

    图 2  三角网格模型的数学几何表达

    Figure 2.  Mathematic and geometrical expression of triangle mesh model

    图 3  凸曲面爬行波示意图

    sd1sd2-入射采样点和出射点;ni-顶点连接的第i个三角片的单位法矢;t1t2-初始传播方向和出射方向;ρ-射线焦散距离。

    Figure 3.  Schematic diagram of convex surface creeping wave

    图 4  复杂结构法矢计算

    Figure 4.  Normal vector computation for complex structure

    图 5  点源入射时遮挡示意图

    Figure 5.  Schematic diagram of shelter from a point source incidence

    图 6  切割面调整寻迹方法示意图

    S2-未修正的传播交点;nS2-未修正传播交点的法向量。

    Figure 6.  Schematic diagram of cutting surface adjustment tracing method

    图 7  球体上短程线寻迹

    Figure 7.  Geodesic tracing on a sphere

    图 8  寻迹结果收敛性对比

    Figure 8.  Tracing result convergence comparison

    图 9  柱体表面、球体表面、锥体表面及复杂结构爬行波寻迹

    Figure 9.  Creeping wave tracing on cylinder surface, sphere surface, cone surface and complex structure

    图 10  理想导体圆柱面绕射场求解配置图

    Figure 10.  Configuration diagram of diffraction field solve on a perfect electric conductor cylinder surface

    图 11  圆柱阴影区场强值对比

    Figure 11.  Comparison of shadow field strength on a cylinder

    表  1  法矢计算精度对比

    Table  1.   Computation precision of normal vector

    参量 x/m y/m z/m 模长/m
    理论 -0.0074 0.1002 0.9877 1
    本文算法 -0.0016 0.1222 0.9925 0.99999165
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    表  2  球体上短程线寻迹结果对比

    Table  2.   Comparison of geodesic tracing results on a sphere

    方法 长度/m 偏差/m 误差/% 时间开销/s
    理论方法 3.1237 0.0496 1.61 2.8
    最小夹角法[5] 3.6925 0.6184 20.11 1.2
    本文算法 3.0741
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    表  3  椭球体上测地线的结束点与长度对比

    Table  3.   Finishing point and length of geodesic on ellipsoid

    寻迹结果 数值
    起点 (-1.9904, 0.0581, 0.0791)
    初始方向 (1, 2, 2)
    结束点 理论方法 (-1.9904, 0.0581, 0.0791)
    本文算法 (-1.9672, 0.0381, 0.0238)
    最直测地线方法[16] (-1.8932, 0.1692, -0.1424)
    长度/m 理论方法 5.141 6
    本文算法 5.230 8
    最直测地线方法[16] 5.420 1
    寻迹时间/s 本文算法 2.85
    最直测地线方法[16] 2.75
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-05-23
  • 录用日期:  2016-07-07
  • 刊出日期:  2017-12-20

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