基于混合场积分方程的半空间上方金属目标电磁散射特性高效分析

研究一种可以高效求解半空间金属目标电磁散射积分方程方法,电场积分方程适用于任意结构电磁问题分析,但是生成的矩阵条件数大,迭代求解收敛性差;而磁场积分方程生成的矩阵条件数小,迭代收敛性好,但是仅能分析闭合结构问题,本文采用了混合场积分方程方法,同时具备电场积分方程的普适性与磁场积分方程的收敛性.由于混合场积分方程中涉及格林函数的梯度项,为了进一步加快计算效率,本文引入了一种针对半空间格林函数的高效四维空间插值方法,对组成半空间格林函数的索末菲积分进行列表和Lagrange插值,以实现高效的迭代求解,效率在传统混合场积分方程的基础上提高12.6倍.数值结果表明,该方法在保证精度的同时,可以显著降低求解问题的时间.     

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.     

高频电磁波多次散射的数值求解

结合等效射线管模型和物理光学法实现了复杂目标高频电磁波多次散射高效且精确的数值求解.在求解射线管的电磁场积分中，选取物体表面为积分区域，详细推导了在物体表面完成的远场积分公式，数值计算结果比前人沿射线管波前积分更精确.计算了几种由平板构成的导体和涂覆介质目标，数值求解结果与已有的实验数据相当符合.该结果可为复杂目标的雷达探测和识别提供理论参考. 关键词： 电磁散射 电磁场积分方程 物理光学法     

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     

导体及其周围电离气体电磁俘获的数值模拟

 介绍了圆柱导体周围稠密大气部分电离时导体对入射电磁场的散射特性的计算结果。采用了三维时域有限差分方法联合求解Maxwell方程组和空气离子方程组。结果表明,导体周围气体电离等离子体层的存在严重影响电磁场的散射特性,即电子等离子体与导体形成了谐振结构,在谐振频率上俘获了电磁场能量。     

导体及其周围电离气体电磁俘获的数值模拟

介绍了圆柱导体周围稠密大气部分电离时导体对入射电磁场的散射特性的计算结果。采用了三维时域有限差分方法联合求解Maxwell方程组和空气离子方程组。结果表明,导体周围气体电离等离子体层的存在严重影响电磁场的散射特性,即电子等离子体与导体形成了谐振结构,在谐振频率上俘获了电磁场能量。     

应用超声模拟目标电磁散射特性的实验研究

由于目标在高频段电磁散射的测量比较困难,利用电磁波与声波的相似性,我们提出通过测量刚性物体在水中的声散射强度,来模拟目标的电磁散射。本文从理论上分析了应用超声模拟目标电磁散射的可行性,并且进行了实验研究。     

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     

多介质体散射的共轭梯度解法

讨论多个介质体的电磁散射体积分方程的共轭梯度迭代求解方法，给出了介质板上方具有介质目标时的电磁散射的数值结果。     

有限元-边界法在光电目标散射计算中的应用

为了解决三维目标电磁散射计算中准确性与有效性的矛盾,建立了有限元-边界法的计算模型,对三维腔体目标的电磁散射计算方法进行了研究。首先,分析了针对三维电磁腔体目标的电磁散射计算边界积分方法,引入了矢量格林函数,利用麦克斯韦方程得到电磁场形式与三维腔体形式的关系,建立了三维开口腔体边界模型;然后,结合光电目标曲面建模方法及高阶基函数的方法,建立了三维光电目标的有限元泛函,完成了有限元-边界法在三维腔体目标电磁散射计算中的应用;最后,进行了实例验证。分析显示,当三维腔体内部为空或为各向异性物质时,角度吻合非常理想,与传统模式匹配法所得结果的吻合度达90%以上。结果表明,采用本方法对三维腔体目标进行电磁散射计算,准确度、效率均有所提高。     

并行时域电场积分方程方法在动态海面二维电磁散射中的应用

采用并行时域电场积分方程方法对动态海面的二维瞬态散射特性进行研究。为了保证该方法的后期稳定性,时间基函数和空间基函数采用二阶B样条基函数和三角基函数,矩阵元素采用时间维度精确解析、空间奇异部分精确解析进行计算;为了减少对无限海面进行截断带来的边缘效应,入射波采用锥形调制高斯脉冲;结合信息传递接口（MPI）技术和稀疏矩阵压缩存储技术,对不同时刻的海面进行瞬态散射分析。大量的数值算例证明了该方法在计算动态海面的二维瞬态散射问题时的正确性,还可以保证后期的稳定性,提高计算效率,减少对计算机内存需求。     

各向异性海底地层海洋可控源电磁响应三维积分方程法数值模拟

采用积分方程法对各向异性海底地层海洋可控源电磁（MCSEM）响应进行三维数值模拟.首先利用算子理论给出各向异性海底地层中的压缩积分方程,由于满足压缩映射条件,该积分方程在任意参数下总是迭代收敛的.然后为了提高计算效率,引入分区域多重网格准线性近似技术.通过具体算例验证了所述算法在计算精度与效率方面的有效性.最后利用该算法考察并分析了海底地层的各向异性对MCSEM三维响应特征的影响. 关键词： 海洋可控源电磁法 各向异性 三维模拟 积分方程法     

应用改进的物理光学法和图形计算电磁学近似算法快速计算导体目标电磁散射特性

结合改进的物理光学法和图形计算电磁学法实现了考虑边缘绕射情况下复杂目标的高频电磁波散射的高效且精确求解.传统的考虑边缘绕射的物理光学算法不能直接计算出目标的雷达截面,它需要先计算绕射贡献,然后加上物理光学的散射贡献,最终才能得到目标的雷达截面.通过运用改进的物理光学法对图形计算电磁学法进行修正,直接修正表面法向量,从而修正了表面电流,这样就考虑了边缘处的绕射,提高了算法的效率.这不但充分利用了计算机硬件优势,借助于计算机显示技术,由图形加速卡完成最困难、最费时的消隐工作,而且利用图形计算电磁学的积分公式,将三维空间的积分转化为屏幕像素的二维空间积分,使得计算大幅简化.数值结果表明了所提出方法的精确性和高效性.     

高速模型尾迹流场及其电磁散射特性相似性实验研究

高速目标再入大气层或在临近空间飞行时,空气电离形成的等离子体鞘套和尾迹对目标的雷达散射特性会产生影响.为了研究不同模型尾迹流场及其电磁散射特性规律和相似性,以氧化铝球模型为研究对象,在弹道靶设备上开展了双尺度参数相同的条件下高速球模型尾迹流场及其电磁散射相似性实验研究.由二级轻气炮发射模型,模型直径分别为8.0、10.0、12.0、15.0 mm,速度约6 km/s,靶室压力分别为6.3,5.0,4.2,3.3 k Pa,采用阴影照相系统测量模型激波脱体距离、电子密度测量系统测量模型尾迹的电子密度分布、X波段单站雷达系统测量在视角为40?的模型及流场的雷达散射截面(RCS)分布.实验结果表明:在速度不变、双尺度参数相同的条件下,随着模型尺寸的增加,激波脱体距离逐渐增加,激波脱体距离与模型直径之比近似相同;不同模型尾迹电子密度测量曲线的趋势和数量级一致,表明不同模型的尾迹流场适用于双缩尺律;不同尺寸模型尾迹的总体RCS与分布RCS均不相同,表明不同模型尾迹的电磁散射不适用于二元缩尺律;高速球模型全目标电磁散射能量分布在模型及其绕流区域、等离子体尾迹区域;高速球模型全目标电磁散射能量在模型及绕流场区域出现1个强散射中心,在模型湍流尾迹区域出现多个散射中心;高速球模型尾迹的RCS测量信号呈现随机性分布特性,幅度脉动和频率脉动均没有周期性;随着模型尺寸的增加,模型尾迹的总体RCS增加,尾迹脉动频率的变化范围减小.     

Effects of charged sand on electromagnetic wave propagation and its scattering field

Based on the Rayleigh’s scattering theory, the effects of sandstorms on the propagation of electromagnetic wave with different visibilities are presented by solving the scattering field of charged sand particles. Because of the electric charges on the sand surface, the theoretical attenuation will be large enough to match the measured value under certain conditions. And the results show that the effect of sand with electric charges all over its surface on electromagnetic wave attenuation is the same as that of sand without charge, which proves that electric charges distribute on partial surface of the sand in fact.     

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。     

半空间电大涂敷目标散射的高频分析方法

研究了半空间内(海面,地面)电大尺寸涂敷目标散射的高频求解方法.将半空间并矢格林函数引入物理光学方法中,对半空间复杂环境影响进行考虑,并利用阻抗边界条件考虑涂敷目标表面的复杂电磁散射,推导出半空间物理光学分析方法,同时结合图形电磁学,对半空间电大涂敷目标进行消隐判断,提取像素面元法矢量和深度缓存等有效信息,快速有效地计算了半空间电大涂敷目标的雷达散射截面.数值结果证明了方法的有效性和准确性. 关键词： 半空间物理光学方法 半空间并矢格林函数 图形电磁学 雷达散射截面