天線衛(wèi)星平臺(tái)多尺寸、多波段互耦天線的性能預(yù)估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電磁仿真技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種天線衛(wèi)星平臺(tái)多尺寸、多波段互耦天 線的性能預(yù)估方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 衛(wèi)星上天線負(fù)責(zé)和地面通信，廣播，遙感等作用，但是天線之間的耦合有可能 會(huì)造成相互之間的干擾，從而影響各自的正常工作?；陔妶?chǎng)積分方程的矩量法由于 具有計(jì)算精度高，離散未知量小是全波分析衛(wèi)星平臺(tái)天線耦合的優(yōu)先選擇（S. M. Rao, D. R. Wilton, and A. W. Glisson, "Electromagnetic scattering by surfaces of arbitrary shape, ''IEEE Trans. Antennas Propag.，vol. 30, no. 3, pp. 409-418, Mayl982.)但是矩量法 離散產(chǎn)生的阻抗矩陣是一個(gè)稠密矩陣，存儲(chǔ)和直接求解這個(gè)稠密矩陣方程的復(fù)雜度分別為 0(N 2)和0(N3)，對(duì)于衛(wèi)星平臺(tái)加載多波段天線的問題，離散矩陣方程求解遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過普通計(jì) 算機(jī)的計(jì)算能力。矩量法分析衛(wèi)星平臺(tái)加載多波段天線耦合另一個(gè)困難來自于，不均勻網(wǎng) 格離散導(dǎo)致矩陣病態(tài)，收斂慢甚至不收斂。
[0003] 矩陣求解問題。普通的對(duì)角預(yù)條件和基于代數(shù)方法的預(yù)條件如ILU預(yù)條件效率很 低，因?yàn)榛诖鷶?shù)的預(yù)條件對(duì)于正常網(wǎng)格離散的問題有效，對(duì)于多尺度問題近場(chǎng)區(qū)域很大 構(gòu)造預(yù)條件非常耗費(fèi)計(jì)算資源，并且預(yù)條件效果有時(shí)不明顯?；诙喾直鍵LUdncomplete LU, ILU)的預(yù)條件技術(shù)（F. Vipiana，M.A. Francavilla，and G. Vecchi, "EFIE modeling of high definition multi-scale structures,，'IEEE Trans. Antennas Propagation, vol. 57, pp. 2362 - 2374, Jul. 2010.),已經(jīng)被證明可以高效的求解多尺度問 題離散產(chǎn)生的矩陣方程。但是該方法中使用傳統(tǒng)的FFT類方法加速矩陣的迭代求解過程， FFT方法求解三維問題的計(jì)算復(fù)雜度為0 (N1· 5IogN)，對(duì)于天線平臺(tái)多波段天線耦合大未知 量問題，計(jì)算機(jī)資源消耗很大。并且ILU預(yù)條件不利于并行計(jì)算。
[0004] 多層快速多極子方法分析三維目標(biāo)電磁特性的計(jì)算復(fù)雜度為O(NlogN) (J. Song,C.Lu,and ff.Chew, "Multilevel fast multipole algorithm for electromagnetic scattering by large complex objects,，'IEEE Trans. Antennas Propag.，vol. 45, no. 10, pp. 1488 - 1493, Oct. 1997.)，但是對(duì)于多尺度問題直接使用快 速多極子方法計(jì)算效率會(huì)變低，這是由于快速多極子方法要求最細(xì)層組尺寸不小于0.2 波長(zhǎng)，對(duì)于多尺度問題密網(wǎng)格離散0.2波長(zhǎng)以下的近場(chǎng)部分依然很大。低頻快速多極子 (L. J. Jiang and ff. C. Chew, uK mixed-form fast multipole algorithm,，'IEEE Trans. Antennas Propag.，vol. 53, no. 12, pp. 4145 - 4156, Dec. 2005.)可以解決低頻近場(chǎng)矩陣過 大的問題，但是低頻快速多極子方法實(shí)現(xiàn)起來非常困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種天線衛(wèi)星平臺(tái)多尺寸、多波段互耦天線的性能預(yù)估方 法，該技術(shù)具有預(yù)估精度高、資源消耗少的優(yōu)點(diǎn)，從而可以高效得到天線之間的耦合，為衛(wèi) 星平臺(tái)天線安裝位置提供技術(shù)支持。
[0006] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案是：一種天線衛(wèi)星平臺(tái)多尺寸、多波段互耦天線 的性能預(yù)估方法，步驟如下：
[0007] 第1步，獲取衛(wèi)星模型網(wǎng)格文件，標(biāo)記感興趣的天線端口；
[0008] 第2步，根據(jù)衛(wèi)星模型網(wǎng)格文件信息，對(duì)衛(wèi)星模型按照最細(xì)層組中離散邊的數(shù)目 進(jìn)行八叉樹分組，統(tǒng)計(jì)每一層中含有離散邊的組數(shù)，索引子層組到父層組、以及父層組到子 層組的關(guān)系；
[0009] 第3步，建立電場(chǎng)積分方程以及與天線饋源對(duì)應(yīng)的右邊激勵(lì)向量，其中離散的積 分方程近作用部分采用矩量法，低頻作用部分采用多層FFT方法，高頻作用部分采用快速 多極子方法；
[0010] 第4步，采用近場(chǎng)區(qū)域構(gòu)造多分辨稀疏近似逆預(yù)條件，多分辨基函數(shù)層采用對(duì)角 預(yù)條件，廣義RWG基函數(shù)層采用稀疏近似逆預(yù)條件；
[0011] 第5步，通過BiCGStab迭代法求解方程的電流系數(shù)，并且根據(jù)電流系數(shù)求解第1 步中所標(biāo)記天線端口之間的互耦矩陣。
[0012] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)是：（1)設(shè)計(jì)了混合的多層FFT和多層快速多 極子方法解決了衛(wèi)星平臺(tái)多尺寸天線互耦預(yù)估過程中產(chǎn)生的高低頻問題，多層FFT方法用 于求解低頻區(qū)域具有簡(jiǎn)單、復(fù)雜度低的優(yōu)點(diǎn)；（2)設(shè)計(jì)了近場(chǎng)區(qū)域構(gòu)造多分辨稀疏近似逆 預(yù)條件，具有資源消耗少、易于并行處理、多尺寸問題離散方程收斂快的優(yōu)點(diǎn)。
[0013] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
【附圖說明】
[0014] 圖1是本發(fā)明方法中三維八叉樹結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0015] 圖2是本發(fā)明方法中多層FFT近似低頻相互作用示意圖。
[0016] 圖3是本發(fā)明所分析的衛(wèi)星平臺(tái)多尺寸、多波段天線結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017] 圖4是本發(fā)明耦合天線陣列端口示意圖。
【具體實(shí)施方式】 [0018]
[0019] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0020] 本發(fā)明天線衛(wèi)星平臺(tái)多尺寸、多波段互耦天線的性能預(yù)估方法，是針對(duì)衛(wèi)星平臺(tái) 多尺寸、多波段天線耦合進(jìn)行預(yù)估的仿真平臺(tái)，它基于電場(chǎng)積分方程離散、多層FFT方法和 多層快速多極子方法用于加速衛(wèi)星平臺(tái)多尺寸、多波段天線離散產(chǎn)生的，具有高低頻特征 的方程；多分辨稀疏近似逆（Multiresolution-Sparse Approximation Inverse, MR-SAI) 預(yù)條件用于加速離散產(chǎn)生的病態(tài)方程的迭代過程，具體步驟如下：
[0021] 第1步，獲取衛(wèi)星模型網(wǎng)格文件，標(biāo)記感興趣的天線端口。
[0022] 第2步，根據(jù)衛(wèi)星模型網(wǎng)格文件信息，對(duì)衛(wèi)星模型按照最細(xì)層組中離散邊的數(shù)目 進(jìn)行八叉樹分組，統(tǒng)計(jì)每一層中含有離散邊的組數(shù)，索引子層組到父層組、以及父層組到子 層組的關(guān)系；結(jié)合圖1，對(duì)衛(wèi)星模型按照最細(xì)層組中離散邊的數(shù)目進(jìn)行八叉樹分組，具體如 下：
[0023] (2. 1)首先用一個(gè)立方體包圍衛(wèi)星模型定義為第0層，然后立方體等分為八個(gè)小 立方體定義為第1層，每個(gè)小立方體再繼續(xù)等分為八個(gè)小立方體，直到第L層，使每個(gè)組中 的平均離散邊的個(gè)數(shù)不超過50 ;
[0024] (2. 2)第1層所含有的組數(shù)為81，每一層中的所有組按照組中心的位置依次編號(hào) 為1到81，其中1〈1〈L ;
[0025] (2. 3)第1-1層定義為第1層的父層組，相反第1層定義為第1-1層的子層組，由 組i索引它的父層組iP的方法為首先把編號(hào)i轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制序列，把該二進(jìn)制序列去掉右 邊三位并且轉(zhuǎn)化成十進(jìn)制即為編號(hào)i p。
[0026] 第3步，建立電場(chǎng)積分方程以及與天線饋源對(duì)應(yīng)的右邊激勵(lì)向量，其中離散的積 分方程近作用部分采用矩量法，低頻作用部分采用多層FFT方法，高頻作用部分采用快速 多極子方法，因此迭代過程中的矩陣矢量乘為
【主權(quán)