三维电大目标散射求解的多层快速多极子方法

为进一步提高对电大尺寸目标散射求解的能力,详细研究了多层快速多极子方法.重点设计了用于多层快速多极子方法的各种优化方法包括Morton编号、转移因子修正内插技术与外向波重复存储策略.对于未知量数目为N的三维电磁散射,数值实验显示多层快速多极子方法具有O(NlogN)量级的计算量、O(N)量级的存储量,特别适合求解三维电大尺寸目标的电磁散射.利用该方法在单机(内存1Gb)上成功计算了未知量为25万的电大尺寸目标散射.     

一种多层快速多极子的高效并行方案

基于多层快速多极子中不同层间数据分布和计算时间不同的特点,提出一种按不同方式并行处理不同层平面波和转移矩阵的高效并行方案.从理论分析和数值试验出发,给出了在不同层间高效使用不同并行方式的原则及具体公式.在北京理工大学信息科学技术学院电磁仿真中心的高性能计算机集群上成功计算了直径为144个波长、超过1000万未知数模拟的金属球散射;与美国伊利诺伊大学计算电磁中心的报道进行了比较,展示了本方案的高效精确.还计算了飞机模型的散射,显示本方案对电大复杂目标散射问题的求解能力.     

并行多层快速多极子的高效预条件技术

多层快速多极子法是基于矩量法的快速算法,具有较低的计算复杂度和存储复杂度,被广泛应用于目标电磁散射特性分析。对于复杂结构电磁目标,由于矩阵条件数较差,往往存在迭代收敛慢甚至不收敛的问题。针对这一情况,文中利用快速多极子的近区矩阵,结合稀疏矩阵方程求解构造了一种高效预条件。数值实例表明该方法相比于块对角预条件效果更好,能有效加速多层快速多极子迭代过程。     

用于复杂目标三维矢量散射分析的快速多极子方法

本文着重介绍了一种用于复杂目标三维电磁散射精确建模和数值分析的高型高效数值方法,即快速多极子方法和多层快速多极子方法。     

倾斜双垂尾L频段电磁散射特点分析

利用低散射载体,应用电磁仿真手段分析隐身飞机所采用的倾斜双垂尾的电磁散射特点。建立典型倾斜双垂尾模型,采用多层快速多极子算法（MLFMM）进行仿真计算,获得其方位角特性及雷达散射截面（RCS）量级。针对尾翼位置、倾斜角度、边缘后掠角等尾翼关键几何设计参数,建立变参数模型并进行多方案仿真。基于计算结果,分析参数敏感性,获得以上设计参数对RCS的影响规律及具体影响量级,为隐身性能约束下的尾翼设计提供参考。     

三维大纵横比目标散射的快速精确求解

采用积分方程法严格求解三维大纵横比目标的电磁散射。在积分方程法的迭代求解中用快速我极子法（ＦＭＭ）加速矩阵与矢量的相乘计算,同时运用快速傅里叶变换（ＦＦＴ）进一步提高快速多极子方法中的转换预计算,数值结果表明：这种快速多极子法－快速傅立叶变换方法（ＦＭＭ－ＦＦＴ）特别适合于三维大纵横比目标的散射求解。     

不同方法分析隐身飞机的散射特性比较

讨论了典型隐身机构飞机F-117A的时频散射特性.介绍了复杂目标的几何电磁建模方法,利用快速多极子(FMM)方法分析了F-117A在米波雷达60MHz、90MHz、120MHz平面波照射下的频域散射特性,最后采用稳定的时域积分方程(TDIE)方法计算了F-117A模型的时域脉冲响应.     

基于多层快速多极子方法的三维目标RCS高效数值求解技术

随着工程应用的不断深入,复杂三维目标雷达截面积(RCS)的高效计算越来越受关注.本文介绍了我们所发展的基于多层快速多极子方法的几种高效数值方法:后期近似迭代多层快速多极子方法、自适应射线传播多层快速多极子方法、快速远场近似多层快速多极子方法、高阶多层快速多极子方法.作为数值方法,这些方法通用性强,适于任意形状目标RCS·计算.它们不仅具有很好的计算精度,也具有优良的计算性能.对于未知量数目为N的三维电磁散射,计算量为O(NlogN)量级,存储量为O(N)量级,特别适合求解复杂三维目标RCS,有望在将来的雷达工程领域得到更深入的应用.     

飞翼无人机多形翼尖P频段RCS特性及影响分析

全机隐身特性是先进无人机（Unmanned Aerial Vehicle,UAV）最为重要的设计目标之一。为探究不同翼尖形状对飞翼无人机P频段电磁散射特性的影响,对典型飞翼无人机翼尖进行多切面建模。采用高精度多层快速多极子方法（Multilevel Fast Multiple Algorithm,MLFMA）分析了不同翼尖方案下飞翼无人机全机在P频段雷达散射截面（Radar Cross Section,RCS）随迎角的变化,设计出优选方案,并进一步分析了优选方案下不同切割位置对整机前向平均RCS的影响。结果表明,在参考线15%处的直切翼尖方案具有最优的P频段电磁散射特性。     

基于多区域面积分方程的电大非均匀等离子体电磁特性高效计算方法

针对临近空间等离子体包覆目标的电磁特性快速准确评估这一迫切需求,本文运用基于多区域面积分方程(multi-region surface integral equation, MR-SIE)的全波数值计算方法,展现电大尺度、非均匀、高负介电常数等离子体的电磁散射与辐射问题的仿真能力。首先,推导了非均匀等离子体的MR-SIE,使用间断伽辽金(discontinuous Galerkin, DG)方法提高对多区域复杂等离子体目标的建模与计算效率,研究了不同方程的数值性能;随后针对电子密度较大的高负介电常数区等离子体,运用一种简洁高效的截断策略,进一步提升了多层快速多极子算法的鲁棒性,避免了SIE计算高损耗介质内问题面临的数值不稳定性。数值实验表明,该方法在计算多种分割方式的多区域等离子体鞘套模型时具有良好的精度和效率,可用于大尺度复杂等离子体目标电磁辐射与散射特性的快速精确评估。     

电子对抗新途径——等离子体隐身技术

隐身技术在现代战争中具有很重要的作用,为了在未来战争中获得主动权,各国都非常重视飞行器在隐身技术方面的研究与发展。等离子体属于一种新颖隐身技术,它是实现雷达隐身的一种新途径,是雷达隐身技术的最新发展。论述了等离子体隐身的基本原理。通过理论分析和数值模拟,计算了电磁波在等离子体中的反射、吸收衰减与等离子体碰撞频率、电磁波频率的关系,并对实现等离子体隐身进行研究,结果表明,利用等离子体对雷达波隐身是可行的。     

电磁计算在雷达设计中的应用及需求分析

随着计算电磁学和计算机技术的迅速发展,电磁计算在雷达设计中扮演着举足轻重的角色.本文分析了电磁计算在雷达设计中的应用,包括雷达天线设计、馈线及微波网络设计、天线罩设计以及复杂电磁环境雷达天线性能评估,并介绍了有限元法（finite element method,FEM）、矩量法（method of moment,MoM）和时域有限差分（finite-difference time-domain,FDTD）法三种常用的全波电磁仿真计算方法以及高频近似算法,最后讨论了雷达技术发展对电磁计算的新需求.     

基于一维距离像的飞机目标识别

针对基于多散射中心模型回波的一维距离像(High Resolution Range Profile, HRRP)难以真实反映复杂目标散射特性的问题,研究了基于电磁散射模型回波的生成方法和HRRP 宽带特征提取方法。首先应用等效电磁流法(Method of Equivalent Currents, MEC)棱边修正的物理光学(Physical Optics, PO)算法解算飞机目标动静态电磁散射特性;其次基于目标散射场数据,生成目标回波、仿真HRRP 序列,提取目标宽带特征信息;最后求解了目标在设定航迹下的平均识别率,量化分析了信噪比对目标识别率的影响。理论分析与仿真结果表明:当信噪比(Signal to Noise Ratio, SNR)大于5 dB 时,基于电磁散射建模的平均识别率相对基于传统的多散射中心模型提升了20%。     

情报雷达对隐身目标侦察的数据特点分析

隐身目标具有雷达截面（RCS）随雷达照射姿态异常分布的特征,其雷达散射截面积小,电磁隐蔽性强,使得对空情报雷达的探测距离大大减小,难以可靠、连续地检测目标。结合某隐身飞机模型的散射特性,对情报雷达侦察隐身目标的数据特点进行了分析,并通过仿真得出：雷达站只能在部分姿态下测得隐身目标的断续点迹,不能对其进行连续有效的跟踪。     

电磁计算在飞机隐身设计中的应用及未来需求

随着飞机隐身技术的发展,对电磁计算提出了更高的要求,文中分析了国内外技术基础,梳理了电磁计算在飞机雷达隐身设计中的切入点和应用点,阐述了设计过程中利用电磁仿真手段重点开展的分析研究内容.在此基础上,分析了目前电磁计算在飞机隐身设计领域存在的技术难点以及未来技术需求,并结合飞机研制工程经验,指出未来电磁计算将重点突破超电大尺寸目标快速计算、隐身结构材料仿真等问题.     

飞机部件 RCS 测试用载体设计技术研究

如何准确测试一个飞机上单独部件自身的雷达散射截面(RCS)特性,是隐身性能研究的一个重要方面。文中以飞机上的某一部件为例,分析了该部件RCS测试的影响因素,针对部件开放端口不连续引起的散射问题提出了RCS测试用载体的设计原则和方法,利用多层快速多极子方法对载体进行设计仿真和优化,从而有效保证RCS测试数据的准确性。     

低分辨雷达回波序列轮廓像目标分类方法研究

基于利用雷达目标回波轮廓像进行目标分类在雷达航管、监视领域具有一定的应用价值，分析了对雷达波束扫描目标过程中的电磁散射进行了分析，研究了目标回波序列轮廓像的形成原理。通过对目标回波序列轮廓像进行特征提取、变换获取了能够体现目标特性的稳态特征，利用C—均值聚类方法实现了对海面目标的粗分类，采用实测数据对所提出方法进行测试，实验结果证明了该方法的有效性。     

涂层隐身目标毫米波辐射传递特性研究

针对毫米波被动探测涂层隐身目标技术的研究,分析了涂层隐身目标被动探测的机理与毫米波被动探测辐射传播方式,给出了涂层隐身目标毫米波被动辐射传递方程新的求解方法。并对覆盖双层隐身目标板,给出3mm被动辐射计探测的实验测试数据,画出双层隐身目标板辐射特性分布图,由此分析了双层隐身目标板的毫米波被动探测的辐射特性与被动探测技术原理。     

基于FEKO 隐身飞机目标建模及探测仿真研究

针对商业电磁计算软件FEKO 具有多种数据导入接口的特点,首先利用Ansys 软件和Hypermesh 软件进行精细化建模,结合所建立的飞机模型选择合适的电磁计算方法仿真分析了典型隐身飞机目标F-22 的雷达散射截面(RCS)特性;然后,通过POSTFEKO 模块构建了目标的RCS 数据库;最后,从单基地雷达方程出发,分别从不同飞行高度、不同探测距离两个方面仿真计算了单基地雷达对隐身飞机目标F-22 的探测范围。该研究方法为建立军事目标特性数字化系统提供了理论分析和数据支撑。