计算RCS（未成功）

Posted 2023-03-30 whitelc

这里使用了C的库函数stdio.h和math.h，并假设在其他文件中已经实现了函数getDielectricSphereFieldUnderPlaneWave，plotOneMonoRCS和saveMonoRCSData。在C语言中需要声明函数的输入参数类型和返回值类型，因此将其添加到函数签名中。在函数中需要使用指针来传递E_r，E_theta，E_phi，H_r，H_theta和H_phi变量以获得从getDielectricSphereFieldUnderPlaneWave函数中返回的值。因为C语言没有内置的复数类型，因此使用了库函数cabs()来计算E数组的模长。

值得注意的是，由于C语言不允许将函数作为参数传递给其他函数，因此在该代码中的绘图和数据保存函数无法直接传递，需要在代码中实现这些功能。

#include <stdio.h>
#include <math.h>

void RCS_vs_freq(double radius, double ratio, double sensor_location[3], char *save_file, int show_plot, double *freq, double *mono_RCS) 
    double wavelength = radius / ratio;
    double background_velocity = 3e8 / wavelength;
    double background_phase_velocity = background_velocity / sqrt(1.0 + pow(background_material.getLossTangent(), 2));
    double frequency = background_phase_velocity / wavelength;

    double E_r, E_theta, E_phi, H_r, H_theta, H_phi;
    getDielectricSphereFieldUnderPlaneWave(radius, sphere_material, background_material, sensor_location, frequency, &E_r, &E_theta, &E_phi, &H_r, &H_theta, &H_phi);
    double E[3] = E_r, E_theta, E_phi;
    double mono_RCS = 4 * M_PI * (pow(sensor_location[0], 2) + pow(sensor_location[1], 2) + pow(sensor_location[2], 2)) * (pow(cabs(E[0]), 2) + pow(cabs(E[1]), 2) + pow(cabs(E[2]), 2));

    if (show_plot) 
        plotOneMonoRCS(radius, sphere_material, background_material, mono_RCS, frequency, save_file);
    

    if (save_file) 
        saveMonoRCSData(save_file, mono_RCS, frequency, sphere_material, radius);
    

    *freq = frequency;
    *mono_RCS = mono_RCS;

利用Gallop的Lua脚本实现RCS的批量计算

摘要：通过总场散射场技术，FDTD可以计算在平面波入射条件下的散射远场，从而得到目标的双站RCS，如果需要不同入射角情况下的单站RCS谱线，需要遍历所有入射角进行逐个计算。Gallop可以使用Lua[1]语言实现批量建模、计算、后处理。本示例以杏仁体模型为例，利用脚本实现单站RCS的计算和后处理。

 

参考文献

[1]   http://www.lua.org/

 

建模和仿真步骤

 

（1）新建脚本文件

打开Gallop软件，在Lua菜单上，或者工具栏上，可以新建脚本文件。Gallop内置了脚本编辑器，可以编辑、修改、保存脚本文件。

2）编辑脚本

 

在脚本里，可以实现GUI界面的所有操作，并可以方便实现批量化建模和计算，尤其适合工程应用。针对RCS、天线罩等应用，Gallop已经预安装有大量的前后处理脚本，用户只需要进行相应的参数设置，既可方便进行计算。

 

第一步：引用所需文件

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--首先引用所需的头文件：建模、RCS设置文件、多节点计算文件

require "geometry"

require "RCS"

require "MPIPond"

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第二步：设置RCS计算参数：极化、入射角、散射目标的模型路径、远场的频率点、激励源的设置等等

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-- RCS 计算参数设置

--需要计算的极化：HH 水平极化，VV垂直极化

local polars ={"HH","VV"};  

 

--激励源的入射角度设置

local angs = {0,2,4,6,8};

 

--所需要计算的模型路径，可以是相对路径，也可以是绝对路径

local paths = {"ALMOND253-export.stp" }

 

--所需要计算的散射场频率

local freqs = {1.19,7,9.92}

 

--激励源的频率范围：需要包含散射场频率范围

local signal_freq_min = 1

local signal_freq_max = 10

 

--剖分参考频率

local mesh_freq = 15

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第三步：创建计算池，并往计算池添加计算模型

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-- 创建计算池：用于多模型的多节点并行计算

local calculater = MPIPond:new()

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----------------------------------------------------------------------------

-- 向计算池添加计算模型

for _, path in pairs(paths) do

 

       --根据需要计算的散射体三维模型目录创建散射体模型

       functionRCS:create_scaters()

              ---------------------------

              --建立散射体的模型，可以修改成介质等材料

              localmat_pec = Geometry.NewMaterial("PEC")

              mat_pec:fill_color(0.5,0.5,0.5)

              mat_pec:sigma_e(1.0e13)

              -------------------------    

             

              ---------------------------

              --Target:建立散射体的几何结构，并赋予材料特性

              localtarget = Geometry.load_step{ path = path }

              target:material(mat_pec)

              target:triangulate(0.02)

              target:material(mat_pec )

              ---------------------------

             

              ---------------------------

              --设置计算区域：模型几何边界

              posxm,posym,poszm,posxp,posyp,poszp= target:bbox()

              ---------------------------

             

              return{target}, {bbox_x1 = posxm, bbox_y1 = posym, bbox_z1 = poszm, bbox_x2 = posxp, bbox_y2 = posyp,  bbox_z2 = poszp, }

       end

      

       for_,polar in pairs(polars) do

              for_,ang in pairs( angs ) do

                     localalmond = RCS:new( {

                                   name="rcs-".."path".."("..ang..")-"..polar;

                                   num_threads= 16;              --计算线程数

                                   dext= 6;                       -- 物体到空气盒子

                                   farbox_info= { freq=freqs; dfarbox = 4; };

                                   source_info= { freq_min = signal_freq_min;

                                                        freq_max= signal_freq_max; 

                                                        dsrc  = 2;

                                                        type= polar,

                                                        theta= ang; };

                                   units= { freq = GHz; dim = mm };

                                   mesh_freq= mesh_freq;

                                   })

                     table.insert(calculater.model, almond );

              end

       end

end

             

第四步：调用求解器进行计算

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calculater:find_results()

calculater:run()

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（3）调用脚本求解

 

创建计算脚本文件后，我们可以在Gallop里调用计算脚本进行计算，另外我们也可以通过命令行模式调用Gallop求解器。

 

1 Gallop的GUI界面调用脚本： 在lua菜单里，或者工具栏上点击RunScript，然后执行相应的脚本文件进行RCS计算。

 

2 命令行模式调用脚本：通过命令行模式调用脚本可以减少显示、用户交互的过程，在进行批量计算时更稳定、效率更高。首先打开windows开始菜单里找到的“运行”，并键入cmd，通过cd命令把当前目录切换到脚本文件目录，并运行 runGallop rcs_script.lua，运行结束后，会输出各入射角情况下的模型文件，并导出RCS文件。

（4）计算结果后处理

 

上述脚本运行结束后，将得到不同角度入射情况下的远场散射方向图，存储在不同的文件中，模型文件也一并保存。通过Lua脚本可以实现数据的后处理，画图，导出等功能。Gallop示例里提供了处理RCS计算结果的脚本，运行脚本后，我们可以生成所需要的图形。

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