高精度多元近场效应修正解算方法研究

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在现代军事武器的研制过程中,对仿真系统的目标检测能力、定位精度要求非常高,本文针对射频半实物仿真系统中的近场效应误差问题,主要研究在幅相矢量控制条件下的近场效应修正解算方法,实现近场合成电磁波与远场等效散射特性精确时空匹配,目前对近场效应误差的研究主要从高精度高效率的电磁场仿真算法以及用于大规模复杂问题的智能优化算法研究两方面进行。本文在前期的工作中,分析三元组近场效应误差问题的来源,并以此提出近场效应误差修正的整体方案,方案中近场效应修正解算方法的主要研究内容包括幅相参数初值获取,电磁场全波仿真方法和接收导引区的目标位置计算三个部分,控制参数初始值的获取可以采用多元矢量合成公式结合数值优化算法优化得到,其中多元矢量合成公式从坡印廷定理出发,从能量流的角度推导而得,多元矢量合成相比现有目标合成方法,加入了相位变量,使得三元组合成目标范围扩大至三元组区域外,为本文采用的幅相矢量控制的近场效应修正提供理论基础,同时对降低射频仿真成本具有重要意义,电磁场仿真方法对比了FDTD和MoM矩量法各自的优缺点,从计算效率和方便实施的角度,MoM更有优势,选择MoM矩量法作为电磁场仿真计算方法,针对智能优化算法的研究,基于坡印廷矢量公式分别采用DE算法和GA算法进行算法可行性验证,实验结果验证同等条件下,针对该三元组幅度相位优化问题,遗传算法在计算效率上要高于差分进化算法,选择MoM矩量法结合GA优化算法的误差修正方法。尽管选择了性能更优的电磁场仿真方法和GA优化算法,但优化的过程需要经历多次迭代,计算量大且耗时太长,并且存在部分点不收敛或者收敛时间太长的问题,针对该问题提出用局部的优化算法即内德-米德优化算法,在初值合适的条件下,该算法更紧凑,效率高,最后的解算方法结合了电磁仿真方法和多种智能优化算法,误差修正开始,为了选择合适的初值,对三元组幅相控制规律做了研究,在算法开始之前将解幅度相位的解空间缩小,目的是将解尽可能靠近目标点,但实验结果显示对计算效率提高并不明显,进而对于初值的获取采用公式结合GA优化算法获取,公式优化速度快,精度更高,公式优化的多组初始解带入MoM仿真计算,将仿真计算结果满足10-4rad精度的初始解带入最后的内德-米德优化算法,结合MoM仿真完成最后的修正,经过这样初值的优化筛选,所有点都能收敛,并且迭代次数控制在20次以内,每次迭代只需要40s,最终的优化结果都能达到精度要求,完成了近场效应误差修正。
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