一种超电大尺寸结构物的电磁散射特性的计算方法及装置

技术领域

本发明涉及超电大尺寸结构物的电磁仿真领域，具体而言，涉及一种超电大尺寸结构物的电磁散射特性的计算方法及装置。

背景技术

利用电磁仿真技术获取超电大尺寸结构物的散射特性是减少实物实测成本的重要途径，为了降低超电大尺寸结构物的散射强度，在超电大尺寸结构物的目标模型表面涂覆一层吸波材料是行之有效的手段，传统的涂覆手段是在超电大尺寸结构物外表面涂覆一层各向同性介质，无论涂覆厚度如何，均可以利用射线追踪技术获取超电大尺寸结构物表面的电磁特性，但是吸波特性相较于涂覆各向异性介质而言相差甚远。

然而，选择在超电大尺寸结构物表面涂覆一层较薄的各向异性介质，且电磁波波长处在毫米及以下波段时，巨大的剖分数量以及复杂的射线追踪过程将消耗大量内存和计算时间，使得传统的技术手段根本无法进行高效的数值仿真，从而降低整个目标模型的计算精度，进而降低了超电大尺寸结构物的电磁散射特性的计算效率。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种超电大尺寸结构物的电磁散射特性的计算方法及装置，能够计算电尺寸大于300个波长，外表面涂覆有厚度小于一个波长的各向异性介质的超电大尺寸结构物的电磁散射特性，缩短了计算超电大尺寸结构物的电磁散射特性的时间，提高了计算超电大尺寸结构物的电磁散射特性的效率。

第一方面，本申请实施例提供了一种超电大尺寸结构物的电磁散射特性的计算方法，该超电大尺寸结构物的电磁散射特性的计算方法包括：

构建超电大尺寸结构物的目标模型，并提取目标模型中各三角面元的坐标信息和面元法向量；超电大尺寸结构物的电尺寸大于300个波长，超电大尺寸结构物的外表面涂覆有厚度小于一个波长的各向异性介质；

根据所有三角面元的坐标信息，对目标模型进行KD-Tree二叉树构建；在构建完成的KD-Tree树形结构中，每个节点包围盒均由6个面组成，每个面均对应有一个线索指针；每个面的线索指针指向与各面相邻的节点包围盒；

根据各节点包围盒6个面与对应的线索指针指向的节点包围盒的分割面之间的相对位置关系，更新各节点包围盒的各面的线索指针；

根据面元法向量、构建完成的KD-Tree以及更新后的各节点包围盒的各面的线索指针，在所有三角面元中确定被电磁波的入射波直接照亮的三角面元对应的入射电场，以及被入射波的反射射线照亮的三角面元的反射电场和反射磁场；电磁波处在毫米及以下波段；

根据被电磁波的入射波直接照亮的三角面元对应的入射电场，以及被入射波的反射射线照亮的三角面元的反射电场和反射磁场，计算超电大尺寸结构物的电磁散射特性。

在一种可能的实施方式中，根据所有三角面元的坐标信息，对目标模型进行KD-Tree二叉树构建，包括：

根据所有三角面元的坐标信息，构造包含所有三角面元的轴对齐包围盒，得到根节点对应的包围盒；

根据根节点对应的包围盒内的三角面元的数量、顶点数量以及根节点对应的包围盒在各坐标轴上的投影长度，确定根节点对应的包围盒的分割面；

通过根节点对应的包围盒的分割面对根节点包围盒进行分割，得到根节点对应的左、右子节点包围盒；并将根节点对应的包围盒内的面元信息压入左、右子节点对应的包围盒中；递归左、右子节点包围盒，达到终止条件时退出；

针对当前构建的KD-Tree中的每个节点包围盒；判断节点包围盒是否满足终止条件；其中，终止条件包括：i、节点包围盒内的三角面元数量小于预设数量；ii、节点包围盒对应的深度大于预设深度阈值；iii、节点包围盒不分割时所对应的表面积启发策略SAH成本低于被分割后所对应的SAH成本；iv、被分割后的节点包围盒所对应的分割平面与节点包围盒六个面之间的距离，小于预设距离；

若节点包围盒不满足终止条件，则根据节点包围盒内的三角面元的数量、顶点数量以及在各坐标轴上的投影长度，确定节点包围盒的分割面，继续分割；否则，将节点包围盒定义为叶子节点或者空子节点包围盒，停止分割，并将叶子节点内的面元信息压入包围盒中。

在一种可能的实施方式中，通过下述步骤确定节点包围盒的分割面：

将节点包围盒在各坐标轴上的投影长度的二分之一所对应的坐标点确定为最佳分割面的第一搜索边界；

根据节点包围盒内三角面元的顶点数量的二分之一，确定最佳分割面的第二搜索边界；

将第一搜索边界和第二搜索边界，确定为最佳分割面的搜索区间的边界；

遍历X，Y，Z三个轴，计算搜索区间内所有的表面积启发策略SAH成本，将SAH成本最小的分割面，确定为最佳分割面。

在一种可能的实施方式中，根据各节点包围盒6个面与对应的线索指针指向的节点包围盒的分割面之间的相对位置关系，更新各节点包围盒的各面的线索指针，包括：

为根节点包围盒创立空线索指针，以空线索指针为输入，将父节点的线索指针继承给左、右子节点；根据各父节点包围盒内分割面的平面信息，将左子节点的右线索指针指向右子节点，右子节点的左线索指针指向左子节点，以完成线索化过程，得到各节点包围盒的各面的线索指针；

针对各节点包围盒的每个面，判断面与对应的线索指针指向的节点包围盒的分割面是否平行；

若面与对应的线索指针指向的节点包围盒的分割面平行，则将面对应的线索指针，指向面对应线索指针指向的节点包围盒的左子节点对应节点包围盒或右子节点对应节点包围盒；

若面与对应的线索指针指向的节点包围盒的分割面不平行，且面对应的线索指针指向的节点包围盒的分割面的坐标，大于面所在的节点包围盒的坐标，则将面对应的线索指针，指向面对应线索指针指向的节点包围盒的右子节点对应节点包围盒；

若面与对应的线索指针指向的节点包围盒的分割面不平行，且面对应的线索指针指向的节点包围盒的分割面的坐标，小于面所在的节点包围盒的坐标，则将面对应的线索指针，指向面对应的线索指针指向的节点包围盒的左子节点对应节点包围盒，以完成线索指针的最优化。

在一种可能的实施方式中，根据面元法向量、构建完成的KD-Tree以及更新后的各节点包围盒的各面的线索指针，在所有三角面元中确定被电磁波的入射波直接照亮的三角面元对应的入射电场，以及被入射波的反射射线照亮的三角面元的反射电场和反射磁场，包括：

若入射波的发射源距目标模型的距离大于预设距离，则将入射波作为平面波，根据入射至三角面元中心的平面波俯仰角

若入射波的发射源距目标模型的距离小于预设距离，则将入射波作为球面波，根据入射波的发射源或者包围发射源某一封闭面上的电场和磁场，计算入射波矢量

根据入射波矢量

在一种可能的实施方式中，根据入射波矢量

判断入射至各三角面元中心处的入射波矢量

若满足，则以三角面元的中心为射线起点，以-

遵循几何光学中的反射定律，在被入射波

若追踪次数小于预设次数，且第二射线与目标模型交叉，则将第二射线作为新的入射波

在一种可能的实施方式中，计算入射至三角面元中心的入射波矢量

若入射波的类型为平面波，将入射波的俯仰角和方位角代入下述公式，计算入射至三角面元中心的入射波矢量

；

若以VV极化为计算条件：

则，

若以HH极化为计算条件：

则，

其中，

若入射波的类型为球面波，则将电磁波的发射源或者包围发射源的某一封闭面上的电场和磁场代入下述公式，计算入射至三角面元中心的入射波矢量

；

；

若入射波的类型为平面波，将入射波的俯仰角和方位角代入下述公式，

；/>

其中，

将被入射波照亮的三角面元的

在一种可能的实施方式中，对第一射线或第二射线进行追踪，包括：

判断射线的起始点坐标是否在当前追踪包围盒内部；射线为第一射线或第二射线；

若射线的起始点坐标在当前追踪包围盒内部，则确定在射线上距当前追踪包围盒最近的叶子节点的包围盒；判断射线与叶子节点的包围盒中的三角面元是否相交；若射线与叶子节点的包围盒中的某三角面元相交，则确定并记录与射线相交的三角面元为射线击中的三角面元；并停止追踪；

若射线与叶子节点的包围盒中的所有三角面元均不相交，则根据叶子节点的包围盒的面的线索指针，确定被射线直接照亮的三角面元；

若射线的起始点坐标不在当前追踪包围盒内部，则确定在射线上距当前追踪包围盒最近的叶子节点的包围盒；判断射线是否击中叶子节点的包围盒；若射线击中叶子节点的包围盒，则跳转到判断射线与叶子节点的包围盒中的三角面元是否相交，以继续执行；若射线未击中叶子节点的包围盒，则判断射线是否击中叶子节点的包围盒的外部嵌套三角面元；

根据判断结果，从所有外部嵌套三角面元中确定被射线击中的三角面元。

在一种可能的实施方式中，确定在射线上距当前追踪包围盒最近的叶子节点的包围盒，包括：

判断当前追踪包围盒是否为叶子节点的包围盒；若当前追踪包围盒不是叶子节点的包围盒，则通过递归算法确定在射线上距当前追踪包围盒最近的叶子节点的包围盒；若当前追踪包围盒是叶子节点的包围盒，则将当前追踪包围盒作为最近的叶子节点的包围盒；

根据叶子节点的包围盒的面的线索指针，确定被射线直接照亮的三角面元，包括：

从叶子节点的包围盒的各面中，确定射线穿出叶子节点的包围盒的面；判断射线穿出叶子节点的包围盒的面的线索指针指向的包围盒是否为根节点的包围盒；若射线穿出叶子节点的包围盒的面的线索指针指向的包围盒是根节点的包围盒，则当射线为第一射线时，射线起点所在的三角面元为被射线直接照亮的三角面元；当射线为第二射线时，停止追踪；若射线穿出叶子节点的包围盒的面的线索指针指向的包围盒不是根节点的包围盒，则将射线穿出叶子节点的包围盒的面的线索指针指向的包围盒，更新为射线的当前追踪包围盒，并跳转到判断射线的起始点坐标是否在当前追踪包围盒内部，以继续执行。

在一种可能的实施方式中，根据判断结果，从所有外部嵌套三角面元中确定被射线击中的三角面元，包括：

若判断结果为射线击中叶子节点的包围盒的外部嵌套三角面元，则确定并记录被击中的外部嵌套三角面元为所述射线击中的三角面元；

若射线未击中叶子节点的包围盒的外部嵌套三角面元，则根据叶子节点的包围盒的面的线索指针，确定被射线直接照亮的三角面元。

在一种可能的实施方式中，根据被电磁波的入射波直接照亮的三角面元对应的入射电场，以及被入射波的反射射线照亮的三角面元的反射电场和反射磁场，计算超电大尺寸结构物的电磁散射特性，包括：

通过下述公式计算超电大尺寸结构物的电磁散射特性，电磁散射特性包括超电大尺寸结构物位于远场区域的总散射场和超电大尺寸结构物的RCS；

；

；

；

其中，

第二方面，本申请实施例还提供了一种超电大尺寸结构物的电磁散射特性的计算装置，该装置包括：

提取模块，用于构建超电大尺寸结构物的目标模型，并提取所述目标模型中各三角面元的坐标信息和面元法向量；所述超电大尺寸结构物的电尺寸大于300个波长，所述超电大尺寸结构物的外表面涂覆有厚度小于一个波长的各向异性介质；

构建模块，用于根据所有三角面元的坐标信息，对所述目标模型进行KD-Tree二叉树构建；在构建完成的KD-Tree树形结构中，每个节点包围盒均由6个面组成，每个面均对应有一个线索指针；每个面的线索指针指向与各面相邻的节点包围盒；

更新模块，用于根据各节点包围盒6个面与对应的线索指针指向的节点包围盒的分割面之间的相对位置关系，更新各节点包围盒的各面的线索指针；

确定模块，用于根据所述面元法向量、所述构建完成的KD-Tree以及更新后的各节点包围盒的各面的线索指针，在所有三角面元中确定被电磁波的入射波直接照亮的三角面元对应的入射电场，以及被所述入射波的反射射线照亮的三角面元的反射电场和反射磁场；所述电磁波处在毫米及以下波段；

计算模块，用于根据所述被电磁波的入射波直接照亮的三角面元对应的入射电场，以及所述被所述入射波的反射射线照亮的三角面元的反射电场和反射磁场，计算所述超电大尺寸结构物的电磁散射特性。

第三方面，本申请实施例还提供了一种电子设备，包括：处理器、存储介质和总线，存储介质存储有处理器可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，处理器与存储介质之间通过总线通信，处理器执行机器可读指令，以执行如第一方面任一项超电大尺寸结构物的电磁散射特性的计算方法的步骤。

第四方面，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器运行时执行如第一方面任一项超电大尺寸结构物的电磁散射特性的计算方法的步骤。

本申请实施例提供了一种超电大尺寸结构物的电磁散射特性的计算方法及装置，该方法包括：根据超电大尺寸结构物的目标模型对应的KD-Tree二叉树中对应的各节点包围盒6个面与对应的线索指针指向的节点包围盒的分割面之间的相对位置关系，更新各节点包围盒的各面的线索指针；基于更新后的各节点包围盒的各面的线索指针确定的被电磁波的入射波直接照亮的三角面元的入射电场以及被入射波的反射射线照亮的三角面元的反射电场和反射磁场，计算超电大尺寸结构物的电磁散射特性，缩短了在计算电尺寸大于300个波长，外表面涂覆有厚度小于一个波长的各向异性介质的超电大尺寸结构物的电磁散射特性时的时间，提高了计算超电大尺寸结构物的电磁散射特性的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本申请实施例提供的一种各向异性介质涂覆目标的电磁散射特性的预估方法的流程示意图；

图2示出了本申请实施例提供的一种更新各包围盒的各面的线索指针的场景示意图；

图3示出了本申请实施例提供的另一种更新各包围盒的各面的线索指针的场景示意图；

图4示出了本申请实施例提供的入射波照射到目标模型并进行反射的场景示意图；

图5示出了本申请实施例提供的对射线进行追踪的流程图；

图6示出了本申请实施例提供的入射波为平面波时入射平板的坐标系示意图；

图7示出了本申请实施例提供的一种无限大PEC平面上涂覆各向异性介质层模型的示意图；

图8示出了本申请实施例提供的一种超电大尺寸结构物的电磁散射特性的计算装置；

图9示出了本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的每个其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为了使得本领域技术人员能够使用本申请内容，结合特定应用场景“超电大尺寸结构物的电磁仿真领域”，给出以下实施方式。对于本领域技术人员来说，在不脱离本申请的精神和范围的情况下，可以将这里定义的一般原理应用于其他实施例和应用场景。虽然本申请主要围绕“超电大尺寸结构物的电磁仿真领域”进行描述，但是应该理解，这仅是一个示例性实施例。

需要说明的是，本申请实施例中将会用到术语“包括”，用于指出其后所声明的特征的存在，但并不排除增加其它的特征。

下面对本申请实施例提供的一种超电大尺寸结构物的电磁散射特性的计算方法进行详细说明。

参照图1所示，为本申请实施例提供的一种超电大尺寸结构物的电磁散射特性的计算方法的流程示意图，下面对本申请实施例示例性的各步骤进行说明：

S101、构建超电大尺寸结构物的目标模型，并提取目标模型中各三角面元的坐标信息和面元法向量。

在本申请实施方式中，超电大尺寸结构物的电尺寸大于300个波长，超电大尺寸结构物的外表面涂覆有厚度小于一个波长的各向异性介质；采用基于三角面元网格的3D 建模方式对电大尺寸的超电大尺寸结构物进行建模，并导出通用的3D模型文件格式STL(Stereo Lithography)或STEP等格式的模型文件，得到超电大尺寸结构物的目标模型。将上述 STL/STEP 等格式的模型文件导入 Gmesh 网格剖分软件，以读取构成雷达目标的超电大尺寸结构物的每个三角面元的坐标信息和面元法向量。

S102、根据所有三角面元的坐标信息，对目标模型进行KD-Tree二叉树构建。

在本申请实施方式中，设定表面积启发策略SAH，以对目标模型进行KD-Tree二叉树进行构建。构建完成的KD-Tree中的每个节点对应一个包围盒，又称节点包围盒，每个节点包围盒中包含0个或多个三角面元；节点包围盒是规则的矩形长方体。其中，在构建完成的KD-Tree树形结构中，每个节点包围盒均由6个面组成，每个面均对应有一个线索指针；每个面的线索指针指向与各面相邻的节点包围盒。

通过下述步骤对目标模型进行KD-Tree二叉树的构建：

步骤一、根据所有三角面元的坐标信息，构造包含所有三角面元的轴对齐包围盒，得到根节点对应的包围盒。

在本申请实施方式中，在所有三角面元的坐标信息中找出X轴上的最小坐标值和最大坐标值、Y轴上的最小坐标值和最大坐标值、Z轴上的最小坐标值和最大坐标值，通过该六个坐标值构造一个最小的且能够包含所有三角面元的轴对齐包围盒，并将该包围盒作为KD-Tree中的根节点所对应的包围盒。

步骤二、根据根节点对应的包围盒内的三角面元的数量、顶点数量以及根节点对应的包围盒在各坐标轴上的投影长度，确定根节点对应的包围盒的分割面。

步骤三、通过根节点对应的包围盒的分割面对根节点包围盒进行分割，得到根节点对应的左、右子节点包围盒；并将根节点对应的包围盒内的面元信息压入左、右子节点对应的包围盒中；递归左、右子节点包围盒，达到终止条件时退出。

在本申请实施方式中，一般将分割后的两个子节点对应的包围盒中坐标较小的子节点对应的包围盒作为左子节点对应的包围盒，将坐标较大的子节点对应的包围盒作为右子节点对应的包围盒，在后续方案描述中均采用此种策略。但是本申请不限定具体将坐标大的作为左子节点还是作为右子节点，根据实际情况而定。

步骤四、针对当前构建的KD-Tree中的每个节点包围盒；判断节点包围盒是否满足终止条件。

其中，终止条件包括：i、节点包围盒内的三角面元数量小于预设数量；ii、节点包围盒对应的深度大于预设深度阈值；iii、节点包围盒不分割时所对应的表面积启发策略SAH成本低于被分割后所对应的SAH成本；iv、被分割后的节点包围盒所对应的分割平面与节点包围盒六个面之间的距离，小于预设距离；

这里，预设数量一般为32-50之间，通过下述公式计算预设深度阈值：

；其中，/>

步骤五、若节点包围盒不满足终止条件，则根据节点包围盒内的三角面元的数量、顶点数量以及在各坐标轴上的投影长度，确定节点包围盒的分割面，继续分割；否则，将节点包围盒定义为叶子节点或者空子节点包围盒，停止分割，并将叶子节点内的面元信息压入包围盒中。

进一步地，通过下述步骤确定节点包围盒的分割面：

I、将节点包围盒在各坐标轴上的投影长度的二分之一所对应的坐标点确定为最佳分割面的第一搜索边界。

在本申请实施方式中，将节点包围盒在X坐标轴上的投影长度的二分之一，作为节点包围盒在X坐标轴的最佳分割面的第一搜索边界，将节点包围盒在Y坐标轴上的投影长度的二分之一，作为节点包围盒在Y坐标轴的最佳分割面的第一搜索边界，将节点包围盒在Z坐标轴上的投影长度的二分之一，作为节点包围盒在Z坐标轴的最佳分割面的第一搜索边界。

其中，以X坐标轴举例，节点包围盒在X坐标轴上的投影长度为L，则节点包围盒在X坐标轴最佳分割面的第一搜索边界为L/2。

II、根据节点包围盒内三角面元的顶点数量的二分之一，确定最佳分割面的第二搜索边界。

在本申请实施方式中，根据节点包围盒内三角面元顶点数目的二分之一，分割面左边的顶点数目随X轴坐标投影的函数，确定节点包围盒在X坐标轴的最佳分割面的第二搜索边界；根据节点包围盒内三角面元顶点数目的二分之一，分割面左边的顶点数目随Y轴坐标投影的函数，确定节点包围盒在Y坐标轴的最佳分割面的第二搜索边界；根据节点包围盒内三角面元顶点数目的二分之一，分割面左边的顶点数目随Z轴坐标投影的函数，确定节点包围盒在Z坐标轴的最佳分割面的第二搜索边界。

以X轴为例，根据N

III、将第一搜索边界和第二搜索边界，确定为最佳分割面的搜索区间的边界。

在本申请实施方式中，将X轴对应的第一搜索边界和第二搜索边界，确定为X轴对应的最佳分割面的搜索区间的边界；将Y轴对应的第一搜索边界和第二搜索边界，确定为Y轴对应的最佳分割面的搜索区间的边界；将Z轴对应的第一搜索边界和第二搜索边界，确定为Z轴对应的最佳分割面的搜索区间的边界。

IV、遍历X，Y，Z三个轴，计算搜索区间内所有的表面积启发策略SAH成本，将SAH成本最小的分割面，确定为最佳分割面。

在本申请实施方式中，将在X坐标轴的最佳分割面的搜索区间中表面积启发策略SAH成本最小的分割面，确定为第一分割面；将在Y坐标轴的最佳分割面的搜索区间中表面积启发策略SAH成本最小的分割面，确定为第二分割面；将在Z坐标轴的最佳分割面的搜索区间的表面积启发策略SAH成本最小的分割面，确定为第三分割面；将第一分割面、第二分割面和第三分割面中表面积启发策略SAH成本最小的分割面，确定为包围盒对应的分割面。

S103、根据各节点包围盒6个面与对应的线索指针指向的节点包围盒的分割面之间的相对位置关系，更新各节点包围盒的各面的线索指针

在本申请实施方式中，更新后的各节点包围盒的各面的线索指针指向的节点包围盒，是所有节点包围盒中最近的节点包围盒，因此，此举可以缩短后续对射线进行追踪的时间，进而提高电磁散射特性的获取效率。

通过下述步骤更新各节点包围盒的各面的线索指针：

I、为根节点包围盒创立空线索指针，以空线索指针为输入，将父节点的线索指针继承给左、右子节点；根据各父节点包围盒内分割面的平面信息，将左子节点的右线索指针指向右子节点，右子节点的左线索指针指向左子节点，以完成线索化过程，得到各节点包围盒的各面的线索指针；

具体来讲，以根节点包围盒为起点，由于每个节点包围盒包括6个面，则根节点包围盒的空线索指针，其实是一组针对6个面的整数数组[-1，-2，-3，-4，-5，-6]，其线索指针数组信息恒定不变。当根节点包围盒被分割后，若左子节点包围盒的索引为index_L，右子节点包围盒的索引为index_R。若根节点包围盒的分割面垂直于X轴，则更新后的左子节点包围盒线索指针信息为[-1，index_R，-3，-4，-5，-6]，则更新后的右子节点包围盒线索指针信息为[index_L，-2，-3，-4，-5，-6]；同理，若分割面垂直于Y轴，则更新后的左子节点包围盒线索指针信息为[-1，-2，-3，index_R，-5，-6]，则更新后的右子节点包围盒线索指针信息为[-1，-2，index_L，-4，-5，-6]；若分割面垂直于Z轴，则更新后的左子节点包围盒的线索指针信息为[-1，-2，-3，-4，-5，index_R]，则更新后的右子节点包围盒线索指针信息为[-1，-2，-3，-4，index_L，-6]。以此类推，递归左、右子节点包围盒的线索信息，当父节点包围盒为叶子节点或空节点时，停止并退出。

II、针对各包围盒的每个面，判断面与对应的线索指针指向的包围盒的分割面是否平行。

III、若面与对应的线索指针指向的节点包围盒的分割面平行，则将面对应的线索指针，指向面对应线索指针指向的节点包围盒的左子节点对应节点包围盒或右子节点对应节点包围盒。

如图2所示，为本申请实施例提供的一种更新各包围盒的各面的线索指针的场景示意图；其中，包围盒1中的面1的线索指针指向包围盒2，通过分割面p1将包围盒2分割成了左子节点对应的包围盒a1和右子节点对应的包围盒a2，且包围盒1中的面1与分割面p1平行，因此，将面1对应的线索指针指向包围盒a1或包围盒a2。

IV、若面与对应的线索指针指向的节点包围盒的分割面不平行，且面对应的线索指针指向的节点包围盒的分割面的坐标，大于面所在的节点包围盒的坐标，则将面对应的线索指针，指向面对应线索指针指向的节点包围盒的右子节点对应节点包围盒。

如图3所示，为本申请实施例提供的另一种更新各包围盒的各面的线索指针的场景示意图；其中，包围盒3中的面2的线索指针指向包围盒4，通过分割面p2将包围盒4分割成了左子节点对应的包围盒b1和右子节点对应的包围盒b2，且包围盒3中的面2与分割面p2不平行，且面2对应的线索指针指向的包围盒的分割面的坐标，大于面所在的包围盒的坐标，因此，将面2对应的线索指针指向包围盒b2。

V、若面与对应的线索指针指向的节点包围盒的分割面不平行，且面对应的线索指针指向的节点包围盒的分割面的坐标，小于面所在的节点包围盒的坐标，则将面对应的线索指针，指向面对应的线索指针指向的节点包围盒的左子节点对应节点包围盒，以完成线索指针的最优化。

S104、根据面元法向量、构建完成的KD-Tree以及更新后的各节点包围盒的各面的线索指针，在所有三角面元中确定被电磁波的入射波直接照亮的三角面元对应的入射电场，以及被入射波的反射射线照亮的三角面元的反射电场和反射磁场。

其中，电磁波处在毫米及以下波段；电磁波的发射源可以是大型载波平台上的天线、无限远处的雷达等，具体发射源不做限定。如图4所示，为本申请实施例提供的入射波照射到目标模型并进行反射的场景示意图。

具体地，通过下述步骤确定被电磁波的入射波直接照亮的三角面元对应的入射电场，以及被入射波的反射射线照亮的三角面元的反射电场和反射磁场：

I、若入射波的发射源距目标模型的距离大于预设距离，则将入射波作为平面波，根据入射至三角面元中心的平面波俯仰角

II、若入射波的发射源距目标模型的距离小于预设距离，则将入射波作为球面波，根据入射波的发射源或者包围发射源某一封闭面上的电场和磁场，计算入射波矢量

III、根据入射波矢量

通过下述步骤确定被电磁波的入射波直接照亮的三角面元对应的入射电场，以及被入射波的反射射线照亮的三角面元的反射电场和反射磁场：

i、判断入射至各三角面元中心处的入射波矢量

ii、若满足，则以三角面元的中心为射线起点，以-

在本申请实施方式中，这里对第一射线进行追踪，也可以理解为是对入射波的反向追踪。

iii、遵循几何光学中的反射定律，在被入射波

在本申请实施方式中，入射波发生反射或透射后，将反射和/或透射的第二射线作为新的射线进行追踪。

这里，反射定律为：

透射定律为：

其中，

iv、若追踪次数小于预设次数，且第二射线与目标模型交叉，则将第二射线作为新的入射波

进一步地，通过下述步骤计算入射至三角面元中心的入射波矢量

步骤一、若入射波的类型为平面波，将入射波的俯仰角和方位角代入下述公式，计算入射至三角面元中心的入射波矢量

；

若以VV极化为计算条件：

则，

若以HH极化为计算条件：

则，

其中，

这里，V、H的参考系是入射面，V就是电场方向与入射面垂直，叫垂直极化，H就是电场方向与入射面平行，叫平行极化，VV、HH等就是发射、接收天线的不同极化组合。

步骤二、若入射波的类型为球面波，则将电磁波的发射源或者包围发射源的某一封闭面上的电场和磁场代入下述公式，计算入射至三角面元中心的入射波矢量

；

；

，/>

；/>

其中，

步骤三、将被入射波照亮的三角面元的

进一步地，参照图5所示，为本申请实施例提供的对射线进行追踪的流程图，通过下述步骤对第一射线或第二射线进行追踪，包括：

步骤一、判断射线的起始点坐标是否在当前追踪包围盒内部。

其中，射线为第一射线或第二射线。

步骤二、若射线的起始点坐标在当前追踪包围盒内部，则确定在射线上距当前追踪包围盒最近的叶子节点的包围盒；判断射线与叶子节点的包围盒中的三角面元是否相交；若射线与叶子节点的包围盒中的某三角面元相交，则确定并记录与射线相交的三角面元为射线击中的三角面元；并停止追踪。

具体地，确定在射线上距当前追踪包围盒最近的叶子节点的包围盒，包括：判断当前追踪包围盒是否为叶子节点的包围盒；若当前追踪包围盒不是叶子节点的包围盒，则通过递归算法确定在射线上距当前追踪包围盒最近的叶子节点的包围盒；若当前追踪包围盒是叶子节点的包围盒，则将当前追踪包围盒作为最近的叶子节点的包围盒；

步骤三、若射线与叶子节点的包围盒中的所有三角面元均不相交，则根据叶子节点的包围盒的面的线索指针，确定被射线直接照亮的三角面元；

具体地，根据叶子节点的包围盒的面的线索指针，确定被射线直接照亮的三角面元，包括：从叶子节点的包围盒的各面中，确定射线穿出叶子节点的包围盒的面；判断射线穿出叶子节点的包围盒的面的线索指针指向的包围盒是否为根节点的包围盒；若射线穿出叶子节点的包围盒的面的线索指针指向的包围盒是根节点的包围盒，则当射线为第一射线时，射线起点所在的三角面元为被射线直接照亮的三角面元；当射线为第二射线时，停止追踪；若射线穿出叶子节点的包围盒的面的线索指针指向的包围盒不是根节点的包围盒，则将射线穿出叶子节点的包围盒的面的线索指针指向的包围盒，更新为射线的当前追踪包围盒，并跳转到判断射线的起始点坐标是否在当前追踪包围盒内部，以继续执行。

步骤四、若射线的起始点坐标不在当前追踪包围盒内部，则确定在射线上距当前追踪包围盒最近的叶子节点的包围盒；判断射线是否击中叶子节点的包围盒；若射线击中叶子节点的包围盒，则跳转到判断射线与叶子节点的包围盒中的三角面元是否相交，以继续执行；若射线未击中叶子节点的包围盒，则判断射线是否击中叶子节点的包围盒的外部嵌套三角面元。

步骤五、根据判断结果，从所有外部嵌套三角面元中确定被射线击中的三角面元。

具体地，根据判断结果，从所有外部嵌套三角面元中确定被射线击中的三角面元，包括：若判断结果为射线击中叶子节点的包围盒的外部嵌套三角面元，则确定并记录被击中的外部嵌套三角面元为所述射线击中的三角面元；若射线未击中叶子节点的包围盒的外部嵌套三角面元，则根据叶子节点的包围盒的面的线索指针，确定被射线直接照亮的三角面元。

进一步地，射线追踪过程的并行化。并行的思路是将不同的射线分给不同的进程，实现并发计算。由于每个射线的路径存在差异，如直接反射弹出、反射打到其它三角面元，以及反射的角度不同，导致每条射线追踪周期所耗时间不一样，这里可以将时间表征为射线的权重，代表计算时间。本文对权重的处理采取三种并行策略：1)不考虑权重将射线按顺序分配。2)根据权重的事先不可预测性，采用随机的方式分配射线；3)采用主从模式，建立一管理进程，负责分发射线，当存在一个进程完成已有射线追踪并处于空闲的状态时，管理进程分配一条新的射线，循环反复，直到所有射线被分配处理完毕。由于KD-tree大大加速单条射线追踪的搜索时间，也就是每条射线的权重绝对差异甚小，测试结果显示采用策略2)与策略3)的并行效率差距不大。

S105、根据被电磁波的入射波直接照亮的三角面元对应的入射电场，以及被入射波的反射射线照亮的三角面元的反射电场和反射磁场，计算超电大尺寸结构物的电磁散射特性。

在无源区，基于PO的Stratton-Chu积分公式可以写成如下形式：

；

在上式中，

进一步地，将入射电场

；

；

表示入射至三角面元中心处的电场矢量，其中/>

进一步地，计算目标表面的反射系数或者透射系数，输出反射电场或者透射电场，包括：如果金属目标表面未涂敷任何介质，则反射系数

这里，当超电大尺寸结构物外表面填充或涂覆有各向异性介质时，设导体平面上部是均匀的自由空间，腔体中各向异性介质的介电常数和磁导率张量分别为

一般而言，计算各向异性介质涂敷无限大PEC时的反射矩阵共有两种方法，第一种是采用谱域法给出解析解，但是并不是所有的情况都适用，各向异性介质的本构关系越复杂，求解难度则越大，目前国内外学者对该课题的研究仍然处于起步阶段。第二种则是Titchener提出的差分递推法，它将整个各向异性介质分为若干层进行迭代，该方法优势在于能够适用于非均匀平直分层情形，缺点在于递推算法消耗时间太长，因此不适合于推广到电大尺寸复杂目标散射场的求解。鉴于此，本文只给出两种比较常见的各向异性介质涂敷PEC的计算模型，分别为单轴和双轴电各向异性介质。

具体地，单轴电各向异性介质涂覆无限大PEC平板时反射矩阵求解。设定o-xyz坐标系中单轴电各向异性介质的主轴为x轴，其相对介电常数和相对磁导率张量可表示

；/>

；

；

，/>

；k表示波数，如果k有下标，则下标数字表示介质，例如，k0表示自由空间中的波数，其中的下标“0”表示自由空间(空气)；d表示金属表面的涂覆厚度，一般比较薄，在毫米量级；

具体地，双轴电各向异性介质涂覆无限大PEC平板反射系数求解。双轴电各向异性介质其相对介电常数和相对磁导率张量可表示

a)当k

；

；

b)当k

；

；

c)当k

；/>

；

d)当k

；

；

；

；

；

；

；

；

；

综上所述，对于a)、b)、c)以上三种情况，其反射系数均采用以下公式进行计算：

；

对于d)，其反射系数采用以下公式进行计算：

；

进一步地，获取反射射线

；

其中，

然后，添加虚拟发散因子VDF(Virtual divergence factor)。根据几何光学，每条射线所表示的电场可按下式计算：

在上式中，

这里

；

进一步地，由各向异性介质涂覆无限大PEC平板的散射场得到每个被照亮面元表面的等效电流

；

在上式中，

进一步地，通过下述公式预估各向异性介质涂覆目标的电磁散射特性，电磁散射特性包括目标位于远场区域的总散射场和目标的RCS；

这里，由Stratton-Chu积分公式，并采用远场近似条件和Gordon积分方法，可以推导出三角面元ABC的PO散射电场：

；

其中，

；

其中

综上所述，通过下述公式计算所述超电大尺寸结构物的电磁散射特性，电磁散射特性包括超电大尺寸结构物位于远场区域的总散射场和超电大尺寸结构物的RCS：

；

；

；

其中，

参照图8所示，为本申请实施例提供的一种超电大尺寸结构物的电磁散射特性的计算装置的示意图，该装置包括：

提取模块801，用于构建超电大尺寸结构物的目标模型，并提取目标模型中各三角面元的坐标信息和面元法向量；超电大尺寸结构物的电尺寸大于300个波长，超电大尺寸结构物的外表面涂覆有厚度小于一个波长的各向异性介质；

构建模块802，用于根据所有三角面元的坐标信息，对目标模型进行KD-Tree二叉树构建；在构建完成的KD-Tree树形结构中，每个节点包围盒均由6个面组成，每个面均对应有一个线索指针；每个面的线索指针指向与各面相邻的节点包围盒；

更新模块803，用于根据各节点包围盒6个面与对应的线索指针指向的节点包围盒的分割面之间的相对位置关系，更新各节点包围盒的各面的线索指针；

确定模块804，用于根据面元法向量、构建完成的KD-Tree以及更新后的各节点包围盒的各面的线索指针，在所有三角面元中确定被电磁波的入射波直接照亮的三角面元对应的入射电场，以及被入射波的反射射线照亮的三角面元的反射电场和反射磁场；电磁波处在毫米及以下波段；

计算模块805，用于根据被电磁波的入射波直接照亮的三角面元对应的入射电场，以及被入射波的反射射线照亮的三角面元的反射电场和反射磁场，计算超电大尺寸结构物的电磁散射特性。

本申请实施例提供了一种超电大尺寸结构物的电磁散射特性的计算装置，该装置能够计算超电大尺寸结构物的电磁散射特性，缩短了在计算电尺寸大于300个波长，外表面涂覆有厚度小于一个波长的各向异性介质的超电大尺寸结构物的电磁散射特性时的时间，提高了计算超电大尺寸结构物的电磁散射特性的效率。

如图9所示，本申请实施例提供的一种电子设备900，包括：处理器901、存储器902和总线，存储器902存储有处理器901可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，处理器901与存储器902之间通过总线通信，处理器901执行机器可读指令，以执行如上述超电大尺寸结构物的电磁散射特性的计算方法的步骤。

具体地，上述存储器902和处理器901能够为通用的存储器和处理器，这里不做具体限定，当处理器901运行存储器902存储的计算机程序时，能够执行上述超电大尺寸结构物的电磁散射特性的计算方法。

对应于上述超电大尺寸结构物的电磁散射特性的计算方法，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器运行时执行上述超电大尺寸结构物的电磁散射特性的计算方法的步骤。

以上仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。