本发明属于信息科学，涉及一种复杂曲面微纳结构电磁屏蔽效能综合评估分析方法。
背景技术：
1、电磁波贯穿卫星通信、雷达探测到电子战和网络攻击各环节，已成为现代战争的重要要素。但随之电磁环境愈加复杂，不同设备间信息干扰、电磁攻击愈发强烈。由于普通光学窗的电磁通透性较好，飞行器舱内众多的电子设备会收到外来电磁波影响，导致其性能降低甚至失效。为减小机舱内重要设备在飞行过程中受外界及对外界影响，需要采用合理的方案来加强飞机曲面光学窗的电磁屏蔽保护。亚波长材料作为一种周期小于波长的周期性结构材料，因其轻量化、小型化的优势，成为加强光学窗电磁屏蔽效能的重要设计方案。微纳结构就是一种单胞周期尺寸为微、纳米量级的亚波长结构，通过设计微纳结构，可以实现对电磁屏蔽效能的调控。当具有导电性的微纳单胞以一定周期进行排列分布时，不仅能够实现高效的电磁屏蔽效能，同时具备了良好可透光性，从而确保飞行器在复杂电磁环境中稳定运行。
2、微纳单胞结构的设计有效性需要合理的评估方法进行支撑。目前，广泛采用的电磁屏蔽效能分析方法假设网栅为平面、具有周期性且尺寸无限大，采用单胞的周期性边界条件，结合有限元法等全波分析方法，进行性能分析评估。虽然这种方法模型简单且求解效率较高，但其忽略了曲率所引起的电磁波入射角度变化以及不同尺寸层级间的差距(实际的电磁屏蔽结构通过有限地排布周期性单胞而获得优良的效能，而单胞结构微纳量级的尺寸与介质毫米量级尺寸以及光学窗米量级尺寸相差悬殊)。因此，这种方法在分析复杂曲面网栅结构电磁屏蔽效能时与真实结果之间存在较大偏差。为了更准确地评估复杂曲面微纳结构的电磁屏蔽效能，需要提出一种综合评估分析方法，该方法关键点在于：1)考虑金属结构与大曲面介质之间的实际尺寸差距，快速、准确的分析电磁屏蔽效能；2)考虑微纳结构的角度敏感性，实现对复杂曲面的准确评估。
3、因此，本发明研究了一种复杂曲面微纳结构电磁屏蔽效能综合评估分析方法。该方法通过合理地构造参数化模型，采用迭代的方法快速计算电磁屏蔽效能。然后基于上述的参数化模型，利用二分法进行参数化等效，解决因尺寸差距而导致的计算问题。拟合复杂曲面函数，通过计算不同区域电磁场的入射夹角，采用特征区域聚类的方法对曲面进行分区，并构造虚拟波导通道对曲面微纳结构电磁屏蔽效能进行分析评估。
技术实现思路
1、本发明针对现有评估方法的准确度不足，提供了一种复杂曲面微纳结构电磁屏蔽效能综合评估分析方法。
2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
3、一种复杂曲面微纳结构电磁屏蔽效能综合评估分析方法，包括如下步骤：
4、步骤1：构造微纳单胞结构的参数化模型，定义r(ω,x1,x2,…xn)，ηmedium(ω,y1,y2,…yn)分别作为微纳单胞结构阻抗和介质层阻抗，其受到结构尺寸参数的影响，其中，xn表示第n个影响金属层阻抗的尺寸参数，yn表示第n个影响介质层阻抗的尺寸参数。基于电流连续性原理，得到电磁场入射、反射和透射关系，构建如下的控制方程：
5、
6、其中，ω表示角频率参数；eii(ω)表示经过反射透射后第i次入射波电磁波场强；eri(ω)表示经过反射透射后第i次反射波电磁场强；eti(ω)表示经过反射透射后第i次透射波电磁波场强。
7、步骤2：电磁波在微纳结构内由于阻抗的差异化，会发生多次反射和透射，通过叠加透射电磁场，根据式(1)计算微纳单胞结构的电磁屏蔽效能：
8、
9、其中，se(ω)表示电磁屏蔽效能，ω表示角频率参数；eout(ω)表示透射经过的电磁场强；ein(ω)表示入射进入的电磁场强。
10、步骤3：基于二分法建立一种均匀化等效方法，如图1所示，将微纳结构单胞等效为某一特定尺寸介质块。定义δ为参数化等效所要求解的关键材料参数，根据电磁屏蔽效能建立二分法等式关系，如下所示：
11、
12、其中，zn表示拟定的参数化等效后第n个尺寸参数。所求解的变量δ表示经参数化等效为z1,z2,…zn后各个频点的材料参数。通过迭代求解，计算得到等效后的δ。
13、步骤4：基于波导测量法建立有限大曲面微纳结构电磁屏蔽性能的分析模型。模型建立的具体流程为：将几何模型放置于虚拟波导通道中，通过在网栅周围设置导体屏蔽层来模拟实际中的周边导电性机体，且能够抑制由虚拟波导所产生的额外电磁波反射。波导通道的上下两端设置波端口，将提取出的微纳单元等效材料参数来填充曲面，计算曲面的两端口的s参数，以表征屏蔽效能效能。
14、步骤5：求解复杂的曲面法向量。提取曲面上一系列足够多的离散点，曲面两侧离散点彼此对称。在给定的三维坐标系下，将离散点的x坐标和y坐标均值归一化，采用高阶多项式插值，将离散点z坐标拟合为关于x坐标和y坐标的多项式函数从而得到曲面的近似表达式：
15、
16、根据上述表达式，解析的求取任意点的法向量以及此点关于入射角的夹角，并以此为特征，采用k-means聚类方法将夹角相近的区域划分成为一个区域。根据不同区域的微纳单胞构型，赋予不同的等效材料参数，评估设计方案的电磁屏蔽效能。
17、进一步，步骤1中，所述中的i表示电磁波在亚波长材料中经过的第i-1次反射透射后，第i次入射；而n则表示电磁波一共经过了n次反射透射。
18、进一步，步骤3中，所述为根据参数化等效关系所建立的等效材料参数表达式。
19、与现有技术相比，本发明的有益效果：
20、本发明的均匀化等效方法，能够快速分析微纳结构的电磁屏蔽效能，并通过提取相应的材料参数对尺寸进行均匀化等效，能够解决尺寸差距大而带来的网格和计算问题。本发明通过拟合曲面方程，利用k-means聚类对复杂曲面进行分区，提高了曲面电磁屏蔽效能分析准确度。
1.一种复杂曲面微纳结构电磁屏蔽效能综合评估分析方法，其特征在于包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的一种复杂曲面微纳结构电磁屏蔽效能综合评估分析方法，其特征在于：
3.如权利要求1或2所述的一种考虑电控参数协同的相控阵子阵的设计方法，其特征在于：
