表面平整目标的电磁散射快速预估

针对表面基本由平面构成的散射体,在传统弹跳射线法的基础上,对射线跟踪以及射线求交测试方法进行改进,使得该方法对于分析隐身飞行器等有更好的应用。研究了单根射线与三角形的快速求交方法,同时与弹跳射线法相结合,使用三角形对目标进行两次表面拟合,分别得到用于求交测试的稀疏三角面元,以及用于射线追踪的起始三角面元,利用快速求交方法,完成射线追踪,进行物理光学积分,完成目标远场电磁散射的快速预估,将该方法的计算结果与文献结果进行对比,验证了该方法的可靠性,通过计算不同拟合面元密度下情况下的结果,验证了该算法的高效性。     

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.     

一种新的计算复杂目标电磁散射的MoM-SBR/PO混合法

针对三维复杂电大尺寸金属目标,在传统MoM-PO混合法的基础上,引入基于射线密度归一化(RDN)概念的射线弹跳法(SBR),计算电大PO区域内部的多次反射影响,从而得到一种新的MoM-SBR/PO混合方法,该方法区别于大部分改进的MoM-PO混合法对PO区域内多次反射贡献的处理,避免了迭代物理光学法涉及的多次矩阵相乘问题.与其它几种方法进行比较,结果显示吻合较好.     

二维海面上舰船目标电磁散射及合成孔径雷达成像技术研究

研究了二维海面上三维金属目标的电磁散射计算以及合成 孔径雷达(SAR)成像技术. 基于物理光学法、几何光学法和射线弹跳法计算了海 面与目标镜面反射及相互耦合作用; 并用等效电流法计算了目标的棱边绕射作用, 该方法考虑了阴影效应,同时为了消除人为截断引起的边缘衍射, 采用锥形入射波入射. 应用蒙特卡罗法生成的Pierson-Moskowitz谱粗糙面模拟实际海洋面, 计算海面上立方体及舰船的双站雷达散射截面, 通过与数值算法的结果相比较, 验证了该算法的正确性. 运用该解析法快速获取不同频率、 不同角度入射波照射下海面与目标的复合后向散射场数组, 结合SAR成像技术, 得到海面上立方体以及不同姿态舰船目标的SAR成像结果. 该研究成果在实际海洋遥感、海面上军事目标的探测与识别 等领域中具有重要的应用价值.     

复杂场景下基于压缩感知的目标电磁散射与成像

研究了处于复杂场景下目标的逆合成孔径雷达（ISAR）成像问题。首先,建立了目标与复杂环境的电磁散射模型,采用计算电磁学的方法仿真得到了目标的雷达回波数据,进而充分考虑了背景噪声对雷达成像质量的影响。研究发现,目标所处的复杂背景会降低ISAR对目标的成像质量。其次,为减小仿真雷达回波数据所需的计算量,提出采用基于压缩感知（CS）的方法来对该场景进行成像,从而极大降低电磁仿真的计算点数。通过实验发现,在CS成像中,采用数据点使用率为0.4时所得到的成像质量可达到采用转台成像质量的效果。因此,采用基于CS的成像方法,可极大降低目标与场景的电磁散射计算复杂度,使得处于真实复杂场景下的目标电磁仿真和ISAR成像研究切实可行。     

复杂场景下基于压缩感知的目标电磁散射与成像

研究了处于复杂场景下目标的逆合成孔径雷达(ISAR)成像问题。首先,建立了目标与复杂环境的电磁散射模型,采用计算电磁学的方法仿真得到了目标的雷达回波数据,进而充分考虑了背景噪声对雷达成像质量的影响。研究发现,目标所处的复杂背景会降低ISAR对目标的成像质量。其次,为减小仿真雷达回波数据所需的计算量,提出采用基于压缩感知(CS)的方法来对该场景进行成像,从而极大降低电磁仿真的计算点数。通过实验发现,在CS成像中,采用数据点使用率为0.4时所得到的成像质量可达到采用转台成像质量的效果。因此,采用基于CS的成像方法,可极大降低目标与场景的电磁散射计算复杂度,使得处于真实复杂场景下的目标电磁仿真和ISAR成像研究切实可行。     

金属/介质涂覆的S形扩压器电磁散射特性

进气道作为飞机强散射源之一,准确评估其雷达散射截面(RCS)特性一直是当今计算电磁学的研究热点.研究了一种加入阻抗边界条件、前后向迭代的迭代物理光学法,提出一种盒体分割法用于处理几何消隐工作.通过软件开发实现任意金属/介质腔体RCS特性评估,并用相关算例校验软件准确性.在此基础上应用该软件对金属/涂敷介质矩形S弯扩压5器进行数值模拟,获得了扩压器在入射波长0.03 m下的RCS变化规律.改进后的迭代物理光学法适用于任意腔体改型和涂敷吸波材料研究,缩短设计周期.     

介质涂覆位置对双S弯排气系统电磁散射特性影响研究

尾喷管作为飞行器后向强散射源之一, 可通过特殊结构设计和介质涂覆缩减其雷达散射截面(RCS). 本文采用迭代物理光学法和阻抗边界条件的混合计算模型, 研究了6种涂覆方案和不涂覆时双S弯排气系统的电磁散射特性, 采用所提出的射线行程追踪方法提高了几何消隐计算效率, 利用前后向迭代方法加速收敛并采用openMP和MPI并行技术缩短计算时间, 获得了在X波段下7种模型的RCS随探测角度的变化规律. 研究结果表明, 介质涂覆能够有效抑制双S弯排气系统的RCS; 合理的介质涂覆方案不仅具有明显的抑制效果, 同时又具有经济性好、重量轻及涂覆方便等优势; 相比全涂覆方案, 仅在喷管出口附近涂覆的方案, 可减少73.6%的涂覆材料, 且其RCS的最大增幅不超过15.6%, 相比未涂覆方案, RCS 至少降低18.5%. 同时所开发的计算程序可用于任意腔体电磁散射特性的计算, 可为带介质涂覆腔体试验提供技术支撑.     

基于压缩感知的目标频空电磁散射特性快速分析

矩量法是求解目标电磁散射问题的一种常用数值方法,因其精度较高而被广泛应用.应用矩量法求解目标频空电磁散射特性时,随着入射波的角度和频率的变化,需要间隔很小的角度和频率步长反复求解矩量法生成的矩阵方程,运算量极大.为解决此类问题,本文结合压缩感知理论和渐近波形估计形成一种新的有效计算方法.首先,基于压缩感知理论引入一种富含空间信息的新型入射源,其次,在该入射源照射下应用渐近波形估计技术求解,从而快速实现目标频空电磁散射特性分析.     

水面目标复合电磁散射的并行迭代快速计算

采用快速远场近似的降秩电磁流迭代法计算目标与粗糙水面的复合散射, 并进一步采用粗糙面分区的多进程并行迭代算法提高其计算速度, 分析了降秩电磁流迭代法对散射结果的影响, 表明该方法可用于近场复合散射问题的计算; 对平板目标与水面间的复合散射进行了计算, 计算结果与快速多极子方法(MLFMM)结果符合较好, 验证了该算法的有效性. 同时, 利用造波水池开展了目标与水面近场复合散射的模拟实测, 测试与计算结果趋势较为一致.     

一种基于压缩感知的三维导体目标电磁散射问题的快速求解方法

提出了一种将压缩感知和特征基函数结合的方法来计算三维导体目标的雷达散射截面.利用压缩感知理论,将随机选择的矩量法阻抗矩阵作为测量矩阵,将激励电压视为测量值,然后再用恢复算法可实现二维或二维半目标感应电流的求解.对于三维导体目标,使用Rao-Wilton-Glisson基函数表示的感应电流在常用的离散余弦变换基、小波基等稀疏基上不稀疏.为此,本文将计算出的目标特征基函数作为稀疏基,用广义正交匹配追踪算法作为恢复算法来加速恢复过程,并应用到三维导体目标的雷达散射截面计算中.数值结果证明了本文方法的准确性与高效性.     

应用改进的特征基函数法和自适应交叉近似算法快速分析导体目标电磁散射特性

特征基函数的构造是特征基函数法的关键步骤之一, 传统方法在构造特征基函数时, 需要在每个子域设置足够多的入射波激励, 生成的特征基函数个数较多, 奇异值分解时间较长. 为了加快特征基函数的构造, 本文提出了一种改进的特征基函数法. 该方法充分考虑每个子域之间的耦合作用, 求出每个子域的次要特征基函数, 从而降低入射波激励的个数, 大大减少了特征基函数的个数; 并且结合自适应交叉近似算法加速阻抗矩阵元素的计算, 提高了次要特征基函数求解和缩减矩阵构建过程中的矩阵矢量相乘的速度. 数值结果证明了本文方法的精确性和高效性. 关键词： 电磁散射 矩量法 特征基函数法 自适应交叉近似     

Ku波段球体目标系的电磁复合散射研究

研究了球形目标之间的电磁相互作用,得到了目标二次散射场的表达式,给出了目标的复合散射场以及双站复合散射截面,并在Ku波段进行了数值仿真.结果表明：目标的尺寸对前向散射和后向散射均有较大的影响,周围目标的影响呈现出一定的周期性,二次散射随着目标间距的增大而减小,周围目标离前向散射方向越近,对前向散射的影响也越大.目标的二次散射场与一次散射场强度之比在10^-4数量级以上.在研究多粒子的相互影响时,周围的粒子可近似看作尺寸一定的粒子.利用所得结果以及坐标变换可以研究三维体系内粒子间的电磁相 关键词： 散射截面 二次电磁散射 电磁相互作用     

沙丘粗糙面的二次极化电磁散射

研究了新月形沙丘粗糙面的二次极化电磁散射. 结合射线追踪理论, 由一次散射面元的反射场照射到二次散射面元, 采用基尔霍夫近似推导了二次散射面元的二次极化散射场. 计算结果表明二次极化散射结果在特定的角度和类型范围内有显著影响. 在电磁波射向背风坡时可以发现其同极化散射截面在入射角较大时大于其他入射方向的结果, 入射角在休止角附近时的交叉极化散射截面出现峰值, 以及前后狭长沙丘之间的二次极化散射特别突出. 本文结果可用于反演分析沙漠地区的风场信息. 关键词： 新月形沙丘 二次极化散射 射线追踪 休止角     

A simplified asymptotic theory for ocean surface electromagnetic wave scattering

The normalized radar cross-section (NRCS) expression of the Local Curvature Approximation (LCA-1) is derived to first order. The polarization sensitivity of this model is compared to the Kirchhoff Approximation (KA), Two-Scale Model (TSM), Small Slope Approximation (SSA-1) and Small Perturbation Method (SPM-1) to first order in the backscattering configuration. Analytical comparisons and numerical simulations show that LCA-1 and TSM could be rewritten with the same formulation and that their polarization sensitivities are comparable. Comparisons with experimental data acquired in C- and Ku-band reveal that the polarization sensitivities of these models are not adequate. However, the NRCS azimuth modulation predicted by LCA-1 is found to be dependent on polarization and sea surface roughness. This property of the LCA-1 model yields to an azimuth modulation for the polarization ratio. Based on the surface curvature correction concept, a simplified electromagnetic model is proposed. The curvature correction is restricted to the resonant wave-number of the sea roughness spectrum. This is found to reproduce the polarization ratio given by experimental data versus incidence angle and wind speed.     

A simplified asymptotic theory for ocean surface electromagnetic wave scattering

The normalized radar cross-section (NRCS) expression of the Local Curvature Approximation (LCA-1) is derived to first order. The polarization sensitivity of this model is compared to the Kirchhoff Approximation (KA), Two-Scale Model (TSM), Small Slope Approximation (SSA-1) and Small Perturbation Method (SPM-1) to first order in the backscattering configuration. Analytical comparisons and numerical simulations show that LCA-1 and TSM could be rewritten with the same formulation and that their polarization sensitivities are comparable. Comparisons with experimental data acquired in C- and Ku-band reveal that the polarization sensitivities of these models are not adequate. However, the NRCS azimuth modulation predicted by LCA-1 is found to be dependent on polarization and sea surface roughness. This property of the LCA-1 model yields to an azimuth modulation for the polarization ratio. Based on the surface curvature correction concept, a simplified electromagnetic model is proposed. The curvature correction is restricted to the resonant wave-number of the sea roughness spectrum. This is found to reproduce the polarization ratio given by experimental data versus incidence angle and wind speed.     

分形海面的微波电磁散射计算模型

利用2维Weierstrass带限函数建立了模拟粗糙海面形状的模型,讨论了分形维数、频率幅度尺度因子等分形参数对海面形状的影响。以粗糙海面形状模型为基础,针对模拟的分形海面形状,从亥姆霍兹积分出发,利用基尔霍夫近似推导出2维分形海面的电磁散射系数,并进行了数值模拟。对微波电磁散射特性随分形维数、频率幅度尺度因子、入射波入射角变化的规律做了进一步讨论分析。在低掠射角时电波会受海面的遮挡,用遮挡函数对散射系数进行修正。研究表明：随着分形维数的增大,散射峰分布变均匀。频率幅度尺度因子越大,散射也越分散。随着入射角的增大,后向散射也逐渐增强,而前向散射逐渐减弱。