基于解析积分的TDSBR算法及其在目标散射中的应用

在传统的时域弹跳射线（Time Domain Shooting and Bouncing Rays,TDSBR）方法的基础上,采用基于解析积分的时域物理光学（Time Domain Physical Optics,TDPO）方法计算目标的散射场.与传统弹跳射线法相比,新方法明显减少了射线管的数量,节省了计算内存,是一种分析电大尺寸目标散射问题的高效方法.最后,通过数值计算结果验证了该方法的可靠性和高效性.     

NURBS曲面建模的电大目标的宽带RCS快速计算

该文采用物理光学方法(PO),快速计算了非均匀有理B样条 (NURBS) 曲面建模的电大目标的时域瞬态散射和宽带雷达截面(RCS)。通过对频域物理光学散射场表达式进行逆傅里叶变换推导出卷积形式的瞬态散射表达式;对频域物理光学积分进行逆傅里叶变换得到时域物理光学积分的表达式。为了避免数值积分的使用,将NURBS曲面等参数离散为一组三角面片,运用Radon变换得到了时域和频域物理光学积分的精确闭式表达式。遮挡消隐时使用改进的z-buffer方法进行了加速。对时域瞬态散射场快速傅里叶变换得到目标的宽带RCS。文中计算了高斯脉冲平面波入射下模型的瞬态散射响应和宽带RCS,数值结果表明该文方法具有很高的计算精度,且计算速度快于传统时域物理光学法(TDPO)。     

基于探地模型的目标散射特性研究

以不同情况下的地埋目标散射特性为前提，能够准确地从探地雷达图像中提取目标体的结构信息。使用CST仿真软件上的时域求解器构建频率范围在0.5～3.5 GHz的脉冲体制探地雷达系统的目标散射仿真模型，并对不同传播介质、不同目标体与不同埋藏深度的地埋目标散射特性进行电磁仿真模拟，预演了多种情况下探地雷达系统的探测过程。通过比较不同情况下探地模型的目标回波信号，得出结论：土壤含水会使地面反射增强，目标回波衰减不易识别；目标的尺寸改变对回波幅度有影响，对波形影响不大；当目标材质的电参数改变时，目标体回波波形变化明显；当目标与传播介质的电参数相差较大时，目标回波明显；随着目标埋深增加，目标体回波在时域上向后延迟，可以根据回波时间差计算目标体埋深。通过对仿真结果的分析证明该方法可靠有效，并且仿真过程简便，适用于不同情况下探地雷达的目标散射模拟。     

具有尾翼的复杂导弹模型超宽带散射特性分析

为了满足对复杂导弹测量和检测的需要,该文建立了具有尾翼的复杂导弹模型,研究在极窄脉冲照射条件下该导弹目标散射特性。利用时域有限差分(Finite-Difference Time Domain, FDTD)法计算该导弹模型的瞬时散射回波,分析远场电磁波不同入射条件下导弹散射回波特性及近场不同转角条件下导弹瞬时散射回波特性。通过对该导弹瞬时散射回波特性分析,得出了目标散射中心的成因及散射波形特点,在雷达应用领域具有一定的理论参考价值。     

基于目标波形模型的多脉冲激光雷达目标信号模拟

多脉冲激光雷达发射数个至数百个高重频激光照射目标,利用多脉冲回波累加实现信号积累。多脉冲激光目标检测性能的验证需要基于目标回波波形模型的动态目标信号模拟。脉冲激光目标回波波形可以由激光发射、信道传播、目标反射等环节之间的卷积传递关系加以建模。文中首先通过建立各环节的数学描述得到了回波波形的连续卷积模型。接着,针对积分解析模型不利于工程实现的问题,基于发射脉冲距离分辨单元提出了离散算法实现特定外形目标激光回波波形序列的直接计算。结合远程飞机目标的回波信号仿真,指出了回波波形与目标特性的内在联系,并通过实验进行了可信性验证。最后,应用文中模型及方法给出了多脉冲激光雷达动态目标模拟器的研制实现,为开展多脉冲激光目标检测研究提供必要的验证测试条件。     

时域物理光学法分析均匀介质目标的瞬态散射

提出将时域物理光学法(TDPO)应用于计算电大均匀介质目标的时域散射场。将菲涅尔反射系数应用到频域物理光学近似中,由逆傅里叶变换推导出介质TDPO的表达式,从而使TDPO能够分析电大均匀介质目标的瞬态响应。同时给出了三角面片建模下入射波的遮挡消隐方法。计算了典型目标的瞬态散射响应和宽带雷达散射截面(RCS),与其他方法求得的结果吻合良好,验证了介质TDPO的正确性。     

各向异性散射介质中高斯脉冲激光的回波特性

采用蒙特卡罗法建立了各向异性散射介质中高斯脉冲激光的全链路瞬态辐射传输模型,构造并推导了散射方向概率模型及其坐标系变换过程。在此基础上,计算分析了高斯脉冲激光回波特性的时域分布及差异。研究结果表明:时域回波信号的脉冲增减来自于其他类别信号的转化和自身信号的超前或滞后;随着前向散射的增强,目标回波信号强度增大、峰值时刻前移、时间展宽减弱,散射回波信号响应与其相反且影响程度减弱;目标回波特性与[0°,90°]前向散射区域直接关联,散射回波特性与[90°,180°]后向散射区域直接关联。研究结论可为脉冲激光主动探测系统的性能提升及地物目标的反探测隐身提供理论指导。     

THz全尺寸凸体粗糙目标雷达回波散射建模与成像仿真

回波仿真是研究雷达成像体制、算法及后续应用的前提条件,目标散射建模又是回波仿真的重要一环。在THz频段,目标常常具有超电大尺寸,这使得利用经典电磁计算方法面临现实困难。而波长的减小使得目标表面粗糙起伏成为不能忽略的因素,这使得传统基于点散射模型的回波生成手段难以适用。如何对目标进行THz散射建模及高效的雷达回波生成成为亟待解决的问题。该文提出了基于面片分级的半确定性建模方法,采用粗糙面全波法计算面片的散射场,再将各面片散射场转换至目标坐标系并相干叠加得到带有相位信息的雷达回波。利用小尺寸粗糙模型,通过与高频数值方法进行对比,验证了该文方法的有效性,并给出了全尺寸锥体的成像结果。初步解决了THz频段全尺寸凸体粗糙目标散射建模及回波生成问题,为后续成像体制和算法研发打下了基础。      

基于改进物理光学法的电大目标双站RCS的预估

研究了电大尺寸目标双站电磁散射的改进物理光学法。针对以往双站高频算法由于忽略阴影区电流影响,导致大双站角下计算误差有所增大的问题,提取电流步进法中的迭代算子,考虑阴影区不同面元的耦合影响,与图形电磁计算方法相结合,推导出了改进的物理光学公式。分别提取照明区和阴影区面元,按照入射波方向进行排序迭代求解,快速有效地计算了电大目标的双站雷达散射截面(RCS)。通过与多层快速多极子,以及高低频混合方法进行对比,验证了该方法的有效性和准确性。     

一种用于复杂目标高频电磁散射计算的高效方法

提出一种快速准确计算电大复杂目标高频电磁散射的方法.采用面片模型,对于不会造成二次反射的面片,用物理光学法直接计算其散射场;对于能够造成二次反射的面片,从其表面发出射线管,用弹跳射线法计算多次反射效应.还给出了典型目标单站雷达散射截面计算结果.通过与纯粹弹跳射线法、矩量法以及测量值的比较,验证了该方法的有效性和准确性.     

基于时域物理光学法的涂覆目标瞬态散射分析

为了对涂覆雷达吸波材料(RAM)的电大尺寸目标的时域瞬态散射特性和宽带RCS进行快速计算,以满足工程上对目标电磁散射特性的计算向宽频带、向时域靠拢的需求。通过引入阻抗边界条件(IBC),计算了涂覆RAM 目标表面的等效反射系数,将等效反射系数代入频域物理光学法(PO)的表达式,并进行逆傅里叶变换(IFT),推导出了适用于涂覆RAM的目标的时域物理光学法(TDPO)积分表达式。使用OpenGL 控制图形处理器(GPU)来对目标的面元模型进行消隐处理,提高了运算速度。最后通过两个仿真算例,对TDPO与频域PO计算所得的时域瞬态响应和宽带RCS 进行对比,验证了TDPO计算结果与频域PO计算结果具有同等精度。     

一种基于解析积分的TDPO算法及其在散射问题中的应用

基于时域物理光学(Time-domain Physical Optics, TDPO)方法, 给出了三角面元剖分下散射场解析计算的求解思路.对三角面元进行二重积分求得散射场计算的最终表达式.与传统的TDPO方法相比, 在同等计算模型下, 解析方法具有更高的计算精度.在处理高频复杂问题时, 解析方法可以用更少的面元数量参与计算, 从而节省大量的计算时间与计算机内存.     

基于阵列激光波形特征识别的激光引信抗干扰方法

针对激光引信易受云雾等气溶胶环境的干扰问题,提出了一种基于阵列激光波形特征识别的抗干扰方法。根据脉冲激光在气溶胶环境的散射特性,理论分析了发射脉冲宽度以及视场角对系统在干扰环境中目标识别的影响,仿真了目标处于干扰环境中的波形时域特征,并通过实验样机对仿真结果进行实测验证。基于回波波形特征,设计了一种窄视场阵列激光回波特征数字化识别的探测系统方案,并通过虚拟样机仿真技术获取了2°分辨率的目标和云雾的回波阵列数据。数据分析结果表明,由于目标形体和云雾弥散体的物理差异,目标回波阵列的能量方差极值及均值都大于云雾,通过设定帧内回波阵列的能量方差的阈值和帧间方差累计的方法能有效提升激光引信抗干扰性能。文中的仿真和实测结果都为基于阵列激光波形识别的抗干扰方法的有效性提供了理论和实验依据。     

Transient interactions of an EM pulse with a dielectric sphericalshell

The authors study the scattering interaction of short electromagnetic pulses with a spherical target. The target is assumed penetrable and they model it as an air-filled dielectric shell. The radar cross-section (RCS) of such a target is obtained and its resonance features are analyzed. A dielectric composition makes the resonance features become very prominent compared with the case of a perfectly conducting sphere. When the interrogating waveform is a pulse of short duration, the resonance features of the RCS can be extracted within the frequency band of the spectrum of the incident pulse. To verify their theoretical predictions they illuminate spherical targets with short, broadband pulses using an impulse radar system. The actual shape of the pulse that is incident on the targets is theoretically modeled using a digital filter design technique together with pulse returns from a reference target. They verify that the shape of the predicted, backscattered pulse that results from their design method agrees well with the experimental findings using three additional targets of different sizes and materials. They investigate in the combined time-frequency domain the development in time of the various frequency features of the spectra of backscattered pulses using time-windowed Fourier transforms. The methodology developed can handle broadband pulses of any sufficiently smooth spectrum, interacting with (lossy or lossless) dielectric scatterers, and can extract resonance features within the frequency band of the spectrum of the transmitted pulse. Accordingly, this method could be also used for assessing the performance of high-power impulse radar systems     

缝隙阵列的时域溅射特性研究

时域溅射,是散射体结构不同部分产生的散射回波在远场叠加时,其时域波形在开始部分出现的不稳定的现象.对于低散射目标,只有在回波叠加稳定后,其散射电场的幅度才变得很低,而在开始的几个电波周期内会有比较强的散射电场.本文对缝隙阵列的时域溅射特性进行研究,采用周期边界时域有限差分（Finite-Difference Time-Domain,FDTD）算法对不同尺寸的缝隙阵列的时域溅射特性进行了仿真,提取了其等效电路参数,并采用等效电路法分析了缝隙宽度引起的并联电容对正弦波时域溅射和高斯脉冲时域散射特性的影响.分析结果发现：当并联电容降低的时候,时域反射系数的包络值下降速度增加,导致溅射现象的最大值降低.理论结果得到了实验验证.     

Calcul de la réponse d’une antenne Yagi à une impulsion de champ électromagnétique

The purpose of this paper is to compute the response of a 100 MHz Yagi antenna to an electromagnetic pulse (rise time 10 ns, pulse width 200 ns). Two different techniques are investigated. With the first one, integral equations are solved in the frequency domain and then a Fourier transform is performed. With the second one, Maxwell’s equations are solved everywhere within the space around the antenna, using a finite difference method in the time domain. To solve the very problem dealt with, the time domain method turns out to be the more efficient. The overall antenna response can be divided into a short time waveform followed by a long time one. The long time response exhibits the same directivity effect as the one expected from the antenna when operated at its nominal frequency. The short time response depends also on the azimuth but in a rather different way. That last point can be accounted for when combining the differential and common modes of the driven folded dipole.     

低信噪比下机载多脉冲激光雷达姿态不敏感性特征提取研究

针对纳秒量级脉宽机载多脉冲激光照射目标的回波波形,提出几何分割比这一目标姿态不敏感特征,给出了特征提取算法,可用于与激光目标运动状态结合开展目标检测与跟踪。首先,基于激光目标波形数学模型分析目标波形与目标特征的关系,指出激光目标的几何分割比特征具备姿态不敏感特性。接着,结合目标特征提取对目标波形和噪声不失真分离的要求,提出在小波域利用对称小波基进行改进Donoho阈值降噪处理,在时域利用小波重构信号阈值获取目标波形序列,再由一阶二阶差分计算检测目标波形峰值点,进而提取激光目标散射中心及几何分割比等特征。最后,通过仿真实验验证算法在低信噪比下提取激光目标特征信息的有效性。在与机载多脉冲激光目标模拟器联试实验中,利用文中算法提取激光目标特征结合目标的运动状态信息,开展多帧相关匹配检测,多脉冲激光目标检测的可靠性明显提高。     

雾对10.6μm激光数字信号传输影响研究

激光脉冲信号通过大气等介质时,受到大气中各种天气因素影响,将导致波形形变、脉冲宽度发生变化以及时域展宽.一般在大气散射和湍流的介质中,脉冲的传播很适宜用双频互相干函数来表示.利用双频相关甬数求解雾对10.6μm激光数字信号传输的幅频和相频函数以及双频互相关函数的影响,并结合雾对激光影响的散射理论,得出脉冲的起伏特征,模...