粗糙海面与其上方多目标复合散射的混合算法

针对粗糙海面与其上方多目标复合的情形,常用算法存在计算量过大、计算时间太长等缺点,本文采用基尔霍夫近似法与矩量法结合的混合算法可以大大简化计算量、节省时间.本文首先通过蒙特卡罗的方法模拟一维PM粗糙海面,并与粗糙海面上方多目标建立复合模型;然后对矩量法结合基尔霍夫近似法的混合算法做了详细的公式推导,得到了复合散射系数,并且分析了不同入射角、目标高度、目标间距、目标尺寸、风速等参数对复合电磁散射特性的影响.实验结果表明,针对粗糙海面与其上方多目标复合的情形,采用矩量法结合基尔霍夫近似法的混合算法不但可以保证准确性,而且可以大幅度减少计算所用时间(混合算法用时占矩量法的19%),对大尺寸粗糙面和复杂的复合模型优势尤为明显.     

粗糙海面及其上方导体目标复合电磁散射的混合算法研究

利用基于电流计算的矩量法结合高频算法基尔霍夫近似的混合算法,分析了一维PM谱粗糙海面及其上方二维无限长任意截面导体目标的双站复合电磁散射特性.混合算法将粗糙面和目标分别划分到KA区域和MOM区域,由于无需数值求解粗糙海面区域的表面极化电流,该算法的运算时间和对计算机内存的需求主要取决于粗糙面上方目标的网格划分情况.数值结果以无限长导体圆柱为例计算了其与一维下垫PM谱粗糙海面的复合双站散射截面,并将计算结果与经典MOM结果进行了比对和验证,结果表明混合方法具有较高的计算效率.最后应用混合方法讨论了不同极化状态、海上不同风速以及目标不同尺寸和位置对复合散射截面的影响. 关键词： 粗糙海面 电磁散射 混合算法 矩量法     

雪层覆盖的粗糙地面与上方矩形截面柱复合电磁散射的时域有限差分法研究

采用土壤介电常数的四成分模型和雪的介电常数模型分别表示实际的地面和雪层的介电特性, 应用指数型分布粗糙面模型和Monte Carlo方法模拟实际的粗糙地面, 运用时域有限差分方法研究了雪层覆盖的粗糙地面与上方矩形截面柱的复合电磁散射问题. 得出了复合电磁散射系数的角分布曲线, 计算了双站复合散射系数随土壤与雪层粗糙度参数、介电参数、 矩形截面柱几何参数、介电参数等的变化情况, 并做了详细分析与讨论. 得到了雪层覆盖的粗糙地面与上方矩形截面柱复合电磁散射特性.     

一维带限Weierstrass分形分层地面与矩形截面导体柱复合电磁散射FDTD研究

运用时域有限差分方法研究一维带限分形分层粗糙地面与矩形截面导体柱的复合电磁散射,计算复合电磁散射的双站散射系数,得到复合散射系数随散射角的变化,讨论粗糙面高度起伏均方根、分维、中间层介质、下层介质及矩形截面导体柱的参数等对复合散射系数的影响.     

时域混合算法在一维海面与舰船目标复合电磁散射中的应用

采用时域积分方程(TDIE)与时域基尔霍夫近似(TDKA)的混合算法研究粗糙海面与舰船目标的复合瞬态电磁散射.该方法将舰船目标及其近邻海面划分为TDIE区域,用TDIE方法精确求解;将剩余电大尺寸的粗糙海面划分为TDKA区域,采用高效的TDKA电流近似求解.通过混合算法和传统TDIE算法结果的对比,表明TDIE-TDKA混合算法能保证计算的精度,同时具有较高的计算效率.最后,讨论了海面上方有无目标、海面上方风速、电磁脉冲入射角、舰船目标尺寸、吃水深度对后向散射磁场的影响.     

分形大地土壤表面与部分埋藏目标复合散射特性

采用土水混合物介电常数的Topp方程模型表示大地土壤的介电特性,应用带限Weierstrass-Mandelbrot分形粗糙面模型和Monte Carlo方法模拟大地土壤表面,运用矩量法研究了带限分形大地土壤表面与部分埋藏矩形截面柱复合模型的电磁散射,得出了复合散射系数的角分布曲线;计算了复合散射系数随带限分形大地土壤表面分维、空间基频、高度起伏均方根、土壤含水率、矩形截面柱几何参数、埋藏深度、倾角、入射波频率等的变化情况,并做了详细分析与讨论;结果表明,土壤表面分维等参数对复合散射系数的影响是非常复杂的,镜像附近的角分布曲线具有明显的分形特征。     

粗糙面重构问题的混合算法研究

基于Desanto的谱表示法,采用数值和近似算法相结合的混合算法对一维粗糙面的重构问题进行了研究.对于正问题,采用数值算法——矩量法(MOM)得到一维粗糙面的相关散射数据,对于逆问题,考虑不同粗糙度的粗糙面,分别采用两种近似算法——微扰近似(SPA)、基尔霍夫近似(KA)与矩量法的混合算法,对粗糙面轮廓进行了重构;数值结果以高斯粗糙面为例,给出了混合算法对不同粗糙度粗糙面的重构算例,并进行了数据比较和分析. 关键词： 粗糙面重构 矩量法 微扰近似 基尔霍夫近似     

二维随机粗糙面上导体目标复合瞬态散射的混合算法

提出用时域积分方程法(TDIE)与时域基尔霍夫近似法(TDKA)的混合算法来求解二维导体随机粗糙面及其上方二维导体目标的复合瞬态散射,推导出了在TM波入射情形下显式及隐式格式的时间步进方程.将粗糙面与目标分别进行TDKA和TDIE计算,并考虑目标与粗糙面之间的耦合,对TDKA和TDIE进行混合迭代,既大大降低了粗糙面求解的复杂度,又保证了计算精度.数值算例中,考虑了角反射器(开放体)和圆柱(封闭体)两种目标,分别计算了目标表面电流响应和电场远场响应.计算结果表明,和单纯TDIE法相比,本文混合方法计算效率 关键词： 随机粗糙面 复合瞬态散射 时域积分方程法和时域基尔霍夫近似法 混合算法     

有限元/边界积分方法在海面及其上方弹体目标电磁散射中的应用

本文将有限元/边界积分方法(FE/BIM)结合区域分解方法引入到粗糙海面及其上方目标 的电磁散射问题的研究中. 由于积分边界可以以任意形状设置在距模型表面任意远的距离处, 故本文采用共形人工边界结合区域分解建模方法截断模型的开放计算区域以减少求解未知量, 在截断区域内部采用有限元方法求解, 而计算区域的边界条件通过边界积分方程方法得到. 通过与矩量法获得的数值计算结果进行比较, 证明了该混合算法及模型处理方法的正确性, 进而研究了海面上方弹体目标的电磁散射特性, 并讨论了其双站散射系数随电磁波入射角度、目标高度、海面风速以及弹体尺寸的电磁散射特性变化情况. 本文结果可用于反演复杂背景下的目标信息及目标探测等领域. 关键词： 电磁散射 粗糙海面 目标 有限元/边界积分方法     

粗糙海面高功率微波传输特性矩量法分析

应用蒙特卡罗方法实现了粗糙海面的仿真与模拟,建立了基于双积分方程的高功率微波（HPM）近海面传输特性矩量法计算模型。模型采用光滑窗函数对均匀平面波进行调制,把均匀平面波入射调制为锥形波,消除了粗糙海面突然被截断而引起的边缘效应的影响;重新推导了锥形波入射下的基尔霍夫近似公式,并在满足基尔霍夫近似的条件下,通过对比分析,验证了模型的正确性;采用模型计算分析了不同海面几何参数和海水媒质参数对HPM近海面传输系数的影响。结果表明:粗糙海面的均方根高度对HPM传输系数影响明显,均方根高度越大,传输系数越小,能量分布越均匀;另外随着海水介电常数实部和虚部的增加,传输系数均有所增加,并且实部的影响更明显。     

指数型粗糙地面与上方矩形截面柱宽带电磁散射的时域有限差分法研究

采用土壤介电常数的四成分模型表示实际地面的介电特性,应用指数型分布粗糙面模型和Monte Carlo方法模拟实际的粗糙地面,运用时域有限差分方法研究了微分高斯脉冲波照射时粗糙地面与上方目标的宽带电磁散射问题,得出了后向复合散射系数的频率响应曲线,计算了后向复合散射系数随粗糙地面高度起伏均方根、相关长度、土壤湿度、目标尺寸、高度、倾角等几何参数及介电参数等的变化情况,并做了详细分析与讨论,得到了指数型粗糙地面与上方目标宽带电磁散射特性.     

Investigation on scattering from a plasma-coated target over a rough sea surface using a multi-hybrid method

An iterative strategy combining the Kirchhoff approximation (KA) with the hybrid finite element–boundary integral (FE-BI) method is presented to consider electromagnetic scattering from a coated target above a rough sea surface. The multi-hybrid method considers the multiple-scattering interactions between target and underlying surface based on equivalent principle and currents updating scheme. The hybrid FE-BI-KA method, which is an improved and generalized version of a previous KA–Method of Moments (MoM) technique, can deal with an inhomogeneous target. Numerical results are given to evaluate the validity of the multi-hybrid technique, and then the hybrid method is employed to investigate electromagnetic scattering from a plasma-coated airfoil above a rough sea surface, including the effects of several key parameters on stealth performance, such as plasma angular frequency and electron collision frequency.     

土壤表面与部分埋藏多目标复合散射的时域有限差分方法

采用Dobson半经验模型和电介质复介电常数表示土壤介电常数的实部和虚部,用指数型分布粗糙面和Monte Carlo方法模拟土壤表面,运用时域有限差分方法研究土壤表面与部分埋藏多个矩形截面混凝土柱复合模型的电磁散射.结果表明：复合散射系数随散射角振荡变化;土壤表面高度起伏均方根、土壤含水率、目标介电常数、入射角对复合散射系数影响较大;土壤表面相关长度、目标截面宽度、高度、间距、倾角对复合散射系数影响较小;目标埋藏深度对复合散射系数几乎没有影响.与其他数值计算方法比较,采用时域有限差分方法既可获得较高的准确性,又可减少计算时间和内存占用量.可以用来计算地、海粗糙面与附近任意多目标的复合散射.     

FDTD investigation on the electromagnetic scattering from a target above a randomly rough sea surface

A finite-difference time-domain approach for electromagnetic scattering characteristic from a two-dimensional (2-D) infinitely long target with arbitrary cross-section above the one-dimensional (1-D) randomly rough sea surface is presented. Taking the composite scattering of rough sea surface and infinitely long cylinder as an example, the angular distribution of the scattering cross-section with different incident angles is calculated and it shows good agreement with the numerical result by the conventional Method of Moments (MOM). Finally, the influence of the windspeed on the sea surface, the incident angle, as well as the size and location of the target on the composite radar cross-section (RCS) with different polarisations is investigated in detail.     

基尔霍夫近似下激光海面漫反射组网通信特性

 针对激光点对点通信方式的不足,根据舰艇编队通信的实际需要,提出了利用海面作为激光漫反射媒介的一对多的组网通信方法,并且采用基尔霍夫近似的方法对激光海面漫反射通信的特性进行了研究。通过对激光光束入射海面后产生的散射场的分析计算,采用遮蔽函数对计算过程中的阴影效应加以修正,得出了较为准确的2维激光海面双站散射系数和后向散射系数,并进行了实验验证,说明了激光海面漫反射组网通信方法的可行性。