地海面目标电磁散射的精确建模和数值计算

对地海面环境中的跨界面导体目标电磁散射进行精确建模与高效计算.在混合位积分方程和索末菲积分快速计算方法的基础上,着重讨论了格林函数的列表与空间插值方法,以提高阻抗矩阵的生成速度,很大程度上克服了由于目标跨界面而导致的数值计算上的困难.给出了几个典型的条件下的半埋结构和海面舰只的电磁散射模拟结果,验证了数值方法的有效性.     

超电大目标与分形海面复合散射研究

舰船与海面构成复合目标,其雷达散射截面(RCS)的研究一直是电磁计算领域中的重点和难点。文中建立了Weierstrass分形海面和目标三角面元的几何模型以及基于物理光学法(PO)和弹跳射线法(SBR)的海面目标的电磁散射模型。采用OpenGL图形编程技术与C++多线程处理技术设计了一款可视化目标电磁散射预估系统(ESEE)V1.0,对比典型目标体RCS 与商业软件FEKO 的计算结果,验证了ESEE的可靠性。通过计算不同海况的海面RCS 及超电大尺寸舰船与海面复合散射RCS,分析了海面散射以及超电大目标与海面复合散射特性。     

飞机目标动态RCS仿真技术研究

针对飞行器目标在实际飞行过程中由于飞行姿态变化对目标电磁散射截面（radar cross section，RCS）的影响，提出了一种新的动态目标电磁散射建模方法.首先，对飞行器目标精确建模问题，提出了利用激光扫描方法对真实目标进行外形扫描，再通过逆向重构技术得到目标精确几何外形；然后利用实际飞行过程中测试数据，将获取的目标相对于雷达视向角信息代入仿真程序中，使用一体化电磁散射计算软件对一定航路上运动目标进行仿真计算，消除飞行姿态扰动对仿真数据的影响，使动态目标电磁散射建模更加符合实际飞行情况.仿真结果表明，本文方法可快速、准确获取飞机目标动态RCS仿真结果，具有很好的工程应用价值.     

BRT-MOM-ILDC方法分析海上无人机群目标全极化散射特性

随着海面低慢小群目标威胁性的不断增强,其雷达回波的有效探测受到了世界各国的广泛重视。海杂波影响分析和对目标上精细结构建模这两个问题是海上低慢小目标雷达散射特性仿真研究的重点内容,因此,本文以海上无人机群为分析目标,针对其飞行高度低、受杂波影响大、局部结构反射截面积小的目标特性,综合采用高频双向射线追踪方法（BRT）、多层快速多极子加速的矩量法（MOM）和边缘区域的增量长度绕射理论方法（ILDC）分区域实现可靠的电磁散射建模。该方法将目标区域分为高频电大区域、低频精细区域和棱边区域进行理论分析与计算,采用多路径方法对目标间、目标与海面的耦合作用进行有效的补充,实现全极化海面目标的散射特性高效计算和快速成像。结果分析表明,采用本文方法可以快速的获取全极化的目标散射回波和雷达图像,从而为目标识别提供大量样本信息。      

基于绕射场修正快速迭代物理光学法的海面舰船与角反阵列电磁散射分析

随着雷达技术的发展,雷达制导武器严重威胁着海面舰船目标的安全.为了保护海面航线的舰船,多面角反射器得到了广泛利用.本文以海上舰船与角反射器阵列组合为分析目标,针对其散射作用强、局部耦合明显的目标散射特征,提出了局部迭代物理光学（iterative physical optics, IPO）方法进行高效的电磁散射建模,并采用快速多极子技术与GPU并行技术实现了大场景海面复杂目标与角反干扰阵列的快速雷达散射截面积（radar cross section,RCS）仿真计算.该方法通过将电流迭代求解再辐射作用的区域截断在射线路径周围的局部区域内的操作,减少了IPO方法中分析复杂目标的电磁散射过程所产生相互作用的循环计算未知量.同时该方法考虑了边缘绕射场对目标RCS的影响,并利用绕射场对表面反射场进行修正.不同类型舰船的角反射器阵列的仿真结果表明,本文方法可为海战场反电子侦察提供有效的理论实现方案.     

太赫兹低频段抛物面天线电磁散射特性分析及仿真

针对目标电磁散射特性,本文从抛物面天线着手进行分析,对目标的几何形状进行建模,然后采用高频近似电磁计算方法对目标进行多角度、多频点、全极化的单站散射场进行计算,从而更加快捷准确得到结果。在目标散射特性计算中,本文提供了一种更好的基于SBR方法的渐近求解器完成本文的电磁散射特性计算,并在仿真中验证了新方法的有效性。     

一种太赫兹频段粗糙凸体目标散射计算方法

太赫兹频段下目标散射特性计算需考虑目标表面的粗糙特性和目标材料参数。在对粗糙目标几何建模时,通常的精细面元剖分建模方法使得散射计算问题难以求解。提出确定性建模与统计性建模相结合的粗糙目标几何建模方法,并且基于全波法提出了一种太赫兹频段可计算任意材料、任意粗糙凸体目标散射场的计算方法。通过与通用电磁计算软件计算结果的比较验证了该方法的准确性。     

舰船短波雷达散射截面数值分析

为分析大型舰船类目标短波电磁散射特性,文中分别采用时域有限差分法和CST微波工作室对舰船类目标进行短波谐振区电磁建模.仿真结果表明,2种计算方法速度相当,结果基本吻合,并且都能预估大型复杂舰船目标的短波谐振散射特性,为高频雷达提供了一种有效的预估大型复杂舰船目标RCS的手段.     

基于面元法的陆海交界复合粗糙面电磁散射研究

针对海陆交界处由于电磁特性复杂难以建立电磁散射模型的问题,提出了一种基于面元法的电磁散射计算方法.该方法首先对陆地区域采用指数谱建模,对海面区域采用文氏谱建模,并采用加权反正切方法建立陆海交界处的三维几何模型;其次对陆地和海面区域分别根据粗糙度的不同进行三角剖分,对每个三角面元设置不同的电参数,并采用积分方程模型(IE...     

目标宽带雷达特征信号的建模与预测

本文介绍了目标宽带电磁散射理论建模采用的目标电磁菜射模型以及一维距离像、两维成像等带雷达目标特征信号的预测,突破原有的点频ＲＣＳ散射理论建模水平;而且本文宽带散射我频散射计算,反映了宽带雷达工作原理,便于宽带进一步处理,进行目标频域特性分析和时频表达,本文撮后给出了理论建模实例并与实际测量结果进行比对,得到了满意的效果。     

FDTD方法中散射体曲面边界的网格拟合

在ＦＤＴＤ方法中为了精确拟合散射体曲面边界，本文提出了分区域剖分方法，以便提高计算精度，减少网格数目，节省计算机资源和降低ＦＤＴＤ数值色散，金属三角形柱表面电流的计算与实验结果的比较，验证了此方法的有效性。在直角坐标系下，研究了ＦＤＴＤ法ＣＰ剖分技术的计算精度，将ＣＰ剖分技术推广应用于涂敷金属目标的散射问题，由Ｍａｘｗｅｌｌ方程的积分形式推导出了在涂敷吸波介质厚度很薄的情况下，散射体表面附近网格上场量迭代方程，给出了二维涂敷和部分涂敷金属目标ＲＣＳ计算结果。     

Multiresolution time-domain analysis of plane-wave scattering fromgeneral three-dimensional surface and subsurface dielectric targets

The multiresolution time domain (MRTD) is used to analyze wide-band plane-wave scattering from general dielectric targets embedded in a lossy half-space, with free-space scattering as a special case. A Haar wavelet expansion is used for simplicity, this constituting a generalization of the widely used finite-difference time-domain (FDTD) method. In addition to developing the mathematical formulation, example results are presented for several targets, with the MRTD results validated through comparison with an independent frequency-domain method-of-moments solution and an FDTD model     

半无限大空间中无耗二维电磁目标的微波成像新方法

本文提出利用模拟得到的时域散射信息对埋于半无限大空间中的无耗二维电磁目标进行微波成像的新方法时域变分迭代法(time-domain variational iterative method,TVIM)。这是一种基于电磁体等效原理、变分原理和傅立叶变换的迭代方法,每次迭代各计算正问题和逆问题一次,正问题采用时域有限差分(finite-difference time-domain)方法处理。列举了一些典型的数值反演实例,并与有关文献结果作了比较,考察了TVIM的收敛性能、反演复杂目标能力、抗随机噪声等反演性能,并从理论上简要分析了形成TVIM良好反演性能的原因。     

求解目标地波散射特性的方法研究

本文把求解半空间散射问题的FDTD技术与地波传播理论相结合，研究任意复杂目标的地波散特性。入射地波设置在FDTD计算区域中的总场边界上并在散射场输出边界面上提取散射近场数据，然后利用等效及镜像原理，计算无地波衰减时的远区散射场，通过引入地波衰减因子，把该远区散射场转换为远区地波散射场，文中给出了方法验证例子以及一个较复杂目标的单站RCS计算结果。     

时域MEI方法在矩形导体柱散射问题中的应用

本文用时域有限差分法（FDTD）模拟二维矩形导体柱的电磁散射场，采用时域不变性测试方程（MEI）作为吸收边界条件对该散射场进行求解。将所得计算结果与截断边界网格点采用Mur二阶吸收边界条件所得的数值结果相比较，两者吻合很好。结果表明使用时域MEI方法作为吸收边界条件能有效缩短截断边界与物体边界的距离，且能得到足够精确的解。     

扩大瞬时散射场FDTD计算区域的新方法

本文采用非均匀网格来扩大瞬变电磁场ＦＤＴＤ法计算区域，可在不增加甚至减少存贮量和计算量的情况下，有利于空间时间窗的应用，减小或避免截断边界对计算结果的影响，提高其精度和可靠。本文以圆柱目标为例，讨论分析了采用吸收边界条件和本方法所得结果的可靠性。     

半空间目标宽带电磁散射特性的快速插值方法

将幅相分离插值方法应用于半空间目标宽带电磁散射特性的分析中。针对半空间散射体表面感应电流的特性,将主要相位因子提出单独考虑,余下随频率变化相对平滑的剩余项运用最佳一致逼近快速求取其宽带特性,再结合半空间格林函数求解半空间背景下目标的电、磁矢量及标量位函数,进而求解其散射场,最终有效地分析了半空间目标的宽带电磁散射特性。数值结果证明了方法的有效性和准确性。     

The time-domain discrete Green's function method (GFM)characterizing the FDTD grid boundary

For a given FDTD simulation space with an arbitrarily shaped boundary and an arbitrary exterior region, most existing absorbing boundary conditions become inapplicable. A Green's function method (GFM) is presented which accommodates arbitrarily shaped boundaries in close proximity to a scattering object and an arbitrary composition in the exterior of the simulation space. Central to this method is the numerical precomputation of a Green's function tailored to each problem which represents the effects of the boundary and the external region. This function becomes the kernel for a single-layer absorbing boundary operator, it is formulated in a manner which naturally incorporates numerically induced effects, such as the numerical dispersion associated with the FDTD scheme. The Green's function is an exact absorber in the discretized space. This property should be contrasted with other methods which are initially designed for the continuum and are subsequently discretized, thereby incurring inherent errors in the discrete space which cannot be eliminated unless the continuum limit is recovered. In terms of accuracy, the GFM results have been shown to be of a similar quality to the PML, and decidedly superior to the Mur (1981) condition. The properties of the GFM are substantiated by a number of numerical examples in one, two, and three dimensions     

二维无条件稳定时域有限差分方法

基于半隐式的Crank-Nicolson差分格式给出了一种无条件稳定时城有限差分方法。和传统FDTD法中采用的显式差分格式不同，对Maxwell方程组采用半隐式差分格式，在时间和空间上仍然是二阶精确的。但时间步长不再受稳定性条件的限制，只需考虑数值色散误差对其取值的制约。利用分裂场完全匹配层吸收边界截断计算空间，为保证PML空间的无条件稳定性，其方程也采用半隐式差分格式。数值结果表明相同条件下US-FDTD方法与传统FDTD方法的计算精度是相同的，而且在增大时间步长时US-FDTD方法是稳定的和收敛的。可以预见US-FDTD方法在模拟具有电小结构问题时具有实际意义。     

一种新的简化行波边界条件在FDTD算法中的实现

本文提出一种新的边界条件。这种边界条件在边界处强加理想导体对计算场区进行截断,而将由此产生的反射场分离去除,从而减小反射所产生的干扰。与PML边界条件相比,由于它不需要吸收层,不需要PML层中人为的场量分解,因此节约了内存,提高了计算速度。文中给出一维、二维空间的计算实例,计算结果表明原理是可行的。