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西安电子科技大学
硕士学位论文
基于NURBS建模的UTD方法初步研究
姓名: 王楠
申请学位级别: 硕士
专业: 电磁场与微波技术
指导教师: 梁昌洪
0101

基于NURBS建模的UTD方法初步研究
作者:
王楠
学位授予单位:
西安电子科技大学
相似文献(3条)
1.期刊论文 王楠.梁昌洪.张玉.陈铭.WANG Nan.LIANG Chang-hong.ZHANG Yu.CHEN Ming NURBS-UTD方法的爬行波
射线寻迹算法 -西安电子科技大学学报(自然科学版) ,34(4)
针对一致性几何绕射理论方法不能处理任意弯曲模型这一缺陷,研究了基于任意曲面模型的一致性几何绕射理论方法,采用数值的微分几何手段提出
了基于非均匀有理B样条建模技术的一致性几何绕射理论方法中在暗区占主要地位的爬行波射线的寻迹算法,使得一致性几何绕射理论方法可应用到复杂
电磁目标的分析中.这种算法能够应用于已有的板、 柱、 锥模型,而且能够有效地处理以往无法操作的任意光滑凸曲面.
2.期刊论文 王楠.梁昌洪.张玉.WANG Nan.LIANG Chang-hong.ZHANG Yu 源在曲面上的NURBS-UTD方法的爬行波射线
寻迹算法研究 -电子学报 ,35(12)
辐射源位于凸曲面上的一致性几何绕射理论(UTD)在分析设计电大尺寸平台上天线的应用广泛,本文给出了一种源点位于任意光滑凸曲面上的UTD爬行
波射线寻迹算法,使用数值的微分几何方法对暗区爬行波射线进行寻迹.对目标模型引入非均匀有理B样条(NURBS)曲面进行建模,这使得UTD方法能够应用
于以往板、 柱、 锥模型以外的任意光滑曲面模型.本文算法可应用于任意曲面上,数值结果表明了本文算法的有效性及工程适用性.
3.学位论文 王楠 基于任意曲面建模技术的一致性几何绕射理论方法
一致性几何绕射理论(GTD、 UTD)方法是分析电大尺寸目标电磁特性的常见方法, 传统的UTD方法对复杂电大尺寸模型使用板、 柱、 锥等初等解析几何
体对目标进行组合逼近, 而对于实际中不存在解析表示式的任意弯曲曲面却是无能为力, 这使得UTD方法的应用受到了非常大的限制, 因此非常有必要研
究基于任意曲面建模的UTD方法; 模技术方面, 国际标准化组织在1991年正式颁布了关于工业产品几何定义的STEP作为国际标准, 把非均匀有理B样条
(NURBS)方法作为定义产品形状的唯一数学方法。近年来, NURBS建模方法有了快速的发展, 越来越多的商业CAD/CAM系统都先后开发和扩充了NURBS功能
。
本文紧密结合支撑技术项目以及博士点基金项目, 对基于任意曲面建模技术的高频UTD方法进行研究, 对其中的复杂模型使用NURBS技术进行建模
, 并使用数值的手段解决UTD方法中寻迹、 求场、 遮挡判断等各种基本问题, 以求得到能够用于分析任意光滑曲面建模的电大尺寸平台电磁特性的数值
UTD方法。本文研究的数值方法层层递进, 主要研究工作能够概括如下:
作为研究工作的建模基础, 本文深入研究了NURBS曲面和Bezier曲面的数学特性。作为数值算法的基础之一, 分析了将NURBS曲面转化为Bezier曲面
的具体算法实现。
在进入本文核心算法之前, 首先需要进行一些准备工作, 这些工作能够在前期完成而在后期使用, 其中包括对数值优化算法的选择和建立; 对曲面
进行均匀的采样; 判断给定点与曲面之间的关系以及判断给定曲面与曲面之间的关系。这些工作在前期完成而在后期大量使用, 同时能够体现出本文一
个重要的思想, 就是允许在计算资源和计算精度之间做出取舍。
UTD方法以各种形式的射线为基础, 接下来本文研究的就是NURBS建模UTD方法的亮区各种射线的寻迹算法, 在UTD的亮区存在直射射线, 反射射线
, 以及包括边缘绕射射线在内的其它形式的射线。这里重点研究的是反射射线的寻迹并给出了算法框图, 对于其它形式的射线给出了直观实例, 所给出
的算法能够应用于任意曲面, 文中给出了数值结果验证算法。
在UTD方法操作的各种射线形式中, 比较重要而且相对复杂的就是表面波射线又称爬行波射线。完成亮区射线寻迹的工作之后, 接下来进行的是
NURBS建模UTD方法中暗区起主要作用的爬行波射线的寻迹算法。对于实际当中需要考虑的辐射源能够离开平台, 显然也能够位于平台表面, 这样爬行波
射线分为源点位于曲面外以及源点位于曲面上两种情况, 本文针对两种情况给出了具体寻迹算
法以及相应框图, 同样给出了数值结果验证算法。
在计算电磁学的各种光学方法中, 遮挡判断都是必须要考虑的因素, 它是寻迹得到的射线能够成
立的重要保证。本文给出了与前面寻迹算法密切相关的遮挡判断算法, 使用数值的方法对遮挡的情况进行判断, 算法综合考虑到射线端点位于曲面上的
自遮挡情况以及射线位于曲面同侧的各种情况, 使用简单的平面几何原理涵盖遮挡判断的多种可能, 算法已经在基于NURBS建模的寻迹算法中使用。
在UTD方法中, 射线寻迹是基础性的工作, 遮挡判断是重要的保证, 而在众多准备工作之后, 核心内容则是天线辐射场的计算。本文具体给出了基于
NURBS曲面建模的亮区起主要作用的直射场、 反射场的数值求解、 暗区起主要作用的爬行波绕射场的数值求解以及边缘绕射场的数值求解, 另外还指出了
二次作用射线场的求解方法。根据源点位置的不同, 场值的求解能够分为源点在曲面外以及源点在曲面上两种情况。利用前面得到的各种作用点的坐标
以及相应的几何参数, 结合NURBS曲面的定义, 能够使用多种数值方法得到场值求解当中的具体参数, 文中给出了很多计算实例说明方法的正确性和适用
性。
本文建立了基于任意曲面建模的几何绕射理论方法的基本体系, 能够用来处理任意曲面建模的电大尺寸平台的电磁特性分析。UTD方法作为一种射线
的方法, 只要给定源点和场点就能够对各种射线形式进行寻迹, 而在方向图的求解中对于辐射源的形式不做严格的要求, 只需要辐射源的初始辐射场即
可。在实际情况下, 天线的形式能够多种多样, 对于复杂形式的天线, 初始辐射场的确定能够使用其它的电磁计算方法进行, 这样很容易想到将本文研
究的高频方法与其它方法结合, 对复杂环境的电磁特性进行分析。本文最后结合天线分析中常见的矩量法以及当前流行的商业软件, 力求将任意曲面建
模UTD方法的应用范围进行拓展, 能够对加载复杂形式天线的电大尺寸平台的电磁特性进行分析。
关键词: 一致性几何绕射理论; 非均匀有理B样条; 射线寻迹; 遮挡判断; 亮区; 暗区; 方向图;
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