Matlab建立海面模型导入Altair FEKO：海面电磁仿真攻略

aiweng，刘兵

Altair FEKO 是一款专业通用电磁仿真商业软件，出自业界著名的Altair公司。Altair FEKO适用于汽车、航空航天、国防、通信、消费电子、能源和医疗等多种行业领域，是一套综合性计算电磁 (CEM) 软件解决方案，颇受广大用户认可。

粗糙表面的建模一直是研究半空间电磁辐射/散射问题（海面目标的电磁问题、沙漠目标的电磁问题等）中十分重要的一个环节。本文提供两种建模方法，一种是FEKO2021最新版基于应用程序宏类库扩展的一个自动建模模块，另一个是基于FEKO 进行的二次开发，两种方式各有优劣，读者可以视实际使用环境自行选择。

方法一：Applicayion macro自动建模块

FEKO2021版中，基于应用程序宏类库扩展了粗糙海平面自动建模功能，建模过程如图所示：设计师通过设置浪高、浪周期、海平面边界形状和尺寸，即可完成粗糙海平面的建模。这种方式的优点就是操作简单，易于上手，缺点就是粗糙面的形式比较单一（海谱函数 单一），海况（风速等）与海平面的粗糙程度的转换需要设计师自行实施。

图1 FEKO软件2021版本自动建模海面界面截图

方法二：基于FEKO的二次开发

FEKO2020及以前版本还不具备粗糙表面自动建模功能，FEKO2021版增加了这一功能，诚如方法一所描述的那样，这一模块简单、高效、易于上手，如果设计师对于粗糙面的要求不是很严格，其还是非常友好的。但是，设计师一旦对于海平面的海谱函数、风速等具有更为细致、多样的要求话，该模块单一的粗糙面形式就难以满足建模要求。这其实类似于集成开发环境（IDE）的优缺点，正如David Thomas在《程序员修炼之道》中所说的那样“图形工具的优点在于所见即所得，而缺点在于所见即所有”。此时，设计师所需要的就是一定编程能力，跳出这个模块，针对软件的更底层的功能进行二次开发。

通常，海面可视作由无限多个振幅不同、频率不同、方向不同、相位杂乱的海浪波组成的随机过程。海谱是功率谱，代表海浪能量相对于组成波各空间频率或各空间波数的分布。将海浪视为随机过程，通过海谱来描述海浪已成为主要的研究途径，因此确定谱的形式是研究随机海浪的重要内容。

通过文献调研，我们可以知道基本的随机粗糙面建模 理论其实“就”那些公式，如果把这些死脑细胞的公式都贴出来，估计人都走光了。所以，为了绝大多数人的感观体验，还是直接上干货代码吧，想要理论对应部分内容的朋友可以私信作者。喜欢的朋友可以私信我要M文件（包括海面建模理论word文档，附录参考文献）。至少以作者的经验，在windows系统下matlab2009~2019的几个版本内运行都没有问题的。

图2 M文件程序局部截图

既然你还在看，说明还真是忠实铁粉，那我们就把细节再掏心掏肺地给你讲讲。

我们基于典型海谱数学模型编写了matlab代码，可以实现不同的海谱函数、风速、海面尺寸、采样密度等参量下的海面STL格式模型生成。这几个参数基本的选项都是具备的，可以任君选择哦。然后，在CADFEKO 界面下，以网格文件的形式从import/mesh导入口导入STL格式海面模型。之后，进一步在CADFEKO的media里面自定义介质——海水（介电常数取值参考典型的双德拜模型），并将其赋予海面几何模型。

图3 FEKO软件导入matlab生成的海面模型界面截图.

图4 对STL格式文件的选择截图.

图5 FEKO软件导入海面模型后场景截图.

图6 FEKO软件导入海面模型后场景截图放大.

典型海况下舰船与海面模型在CADFEKO界面下的展示如下图所示。对于舰船目标本身，我们可以先通过hypermesh 软件对典型舰船几何模型进行了初步的清理、简化，然后生成高质量的网格（NASTRAN 等格式）文件，再导入CADFEKO。值得说明的是，为了避免海面网格与舰船网格之间相互交叠，你需要将舰船网格做了一个translate操作使其稍稍抬起，以确保不出现网格交叠，同时又尽可能靠近。从物理上看，这样的近似操作处理是比较合理且符合实际的。

最后，大家觉得有用的话，请记得给我们点赞和关注哈！！！更多的精品在路上呢！

图7 舰船与水面复合仿真的场景.