具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的方案作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

本发明的核心思想在于提供一种目标粗糙表面的生成方法。

请参考图1，本发明提供的一种基于结构化网格的目标粗糙表面生成方法包括如下步骤：

步骤S1、根据实际需求建立确定起伏高度、确定相关长度的功率谱密度函数的粗糙面模型。

具体的，如图2所示的粗糙面模型，为高斯分布，由功率谱密度函数做二维傅里叶变换生成，高斯功率谱密度函数的表达式为：

其中，σ_z为粗糙面的均方根高度，L_cx和L_cy分别为粗糙面在x和y两个方向上的相关长度。

步骤S2、对目标的模型开展结构化网格剖分，计算每个点处的法向矢量。

具体的，可以使用ICEM等常用网格剖分软件对目标模型开展结构化网格剖分。ICEM软件划分结构化网格包括几何模型清理、创建Block、建立映射关系、定义网格节点数和生成网格5个环节，具体实现方法可参考现有技术，在此不做赘述。

结构化网格剖分尺寸结构化网格剖分尺寸与工作波长λ有关，一般设为λ/8～λ/5。图3示例性的示出了对机翼模型进行结构化网格剖分的结果。

计算每个点处的法向矢量，具体为：计算沿着两个网格节点编号方向单位切线S_u和S_v，则单位法向矢量表达为：

步骤S3、根据结构化网格的特点，获取点坐标之间的关联关系，形成点坐标关联关系矩阵。

结构化网格点之间表现为明显的前后衔接关系，将点序号沿着两个网格节点编号方向(即步骤S2中的剖分方向)映射成为二维矩阵形式，，得到所述点坐标关联关系矩阵，为步骤S4计算相对距离做预备。

步骤S4、选取结构化网格的参考点，计算所有点坐标在其相应表面上与参考点之间的沿两个网格节点编号方向上的相对距离。

具体的，如图4所示，选择目标某一曲面中心点作为参考点，逐一计算该曲面上每个点P_ij至参考点沿两个网格节点编号方向上的距离d_x、d_y：

式中，(x₀，y₀，z₀)表示点P_ij的坐标， 依次表示一个网格节点编号方向上的点序列， 依次表示另一个网格节点编号方向上的点序列。

图4中仅示出了点P_ij至参考点沿一个网格节点编号方向(y方向)上的距离d_y，d_y是网格节点编号方向(y方向)上点序列之间的距离之和。计算点P_ij至参考点沿另一个网格节点编号方向(x方向)上的距离d_x的原理相同，在此不做赘述。

步骤S5、以步骤S1生成的粗糙面模型为基础数据，根据曲面上每个点与参考点之间的相对距离采用拉格朗日插值方法计算曲面上每个点的起伏，沿法向矢量方向与目标的结构化网格矢量叠加形成目标粗糙表面。

具体的，可采用以下二维拉格朗日插值多项式计算曲面上每个点的起伏：

式中，h(x_i，y_j)为步骤S1粗糙面模型中坐标点(x_i，y_j)处的起伏高度，m₁、m₂为步骤S1粗糙面模型中x、y方向上的点数， 为拉格朗日插值函数，z(d_x，d_y)为坐标点P_ij的插值高度。

然后，沿着点法向矢量方向插值，目标粗糙表面上点的表达式为：

式中，坐标，表示目标模型上点(x，y，z)处的法向矢量。

综上所述，本发明首先采用传统傅里叶变换方法获取传统的粗糙面起伏特性，然后借助常用网格剖分软件形成目标的结构化网格，计算每个点处的法向矢量，根据结构化网格的特点，获取点坐标之间的关联关系，其次选取结构化网格的参考点，计算所有点坐标在其相应表面上与参考点之间的相对距离(两个划分方向上)，最后，针对第一步生成的粗粗面起伏特性，采用拉格朗日插值方法计算曲面上每个点的起伏，沿法向矢量方向与目标结构化网格矢量叠加形成目标粗糙表面。

本发明所建立的目标粗糙表面，包括起伏方差、相关长度和功率谱密度函数等粗糙面完备参数。本发明将目标表面结构化网格与传统随机粗糙面有机叠加，形成具有相关特性的目标粗糙表面，为研究亚毫米波波段仿真建模提供了最基本的研究输入。采用的传统随机粗糙面生成方法包含起伏方差、相关长度和功率谱密度函数等粗糙面完备参数。本发明充分利用结构化网格的特点，自然而然地将剖分出来的点坐标按照拓扑方式组织。而采用非结构化网格剖分，需要开展点坐标之间的关联关系整理，同时，在计算与参考点之间的相对坐标，非结构化网格涉及非常复杂而又麻烦的测地距计算。而采用结构化网格简单近似地利用剖分方向上的距离可以达到建模精度需求。对于网格点数极大的目标模型，可以采用并行拉格朗日插值方式加速计算，该插值方式具有线性加速的特性。由此可知，本发明提出在建立传统粗糙表面的基础上，与目标的结构化网格沿法矢方向插值矢量叠加，使得目标粗糙表面包含完整的粗糙面信息，保证了生成方法的精确性和有效性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。