目标电磁散射特性研究的若干热点和难点问题

尽管国内外在目标电磁散射特性研究领域取得了很大进展,但是从技术本身来说该专业领域仍然存在一些难点问题.同时,复杂环境下低散射目标的探测与识别等应用,以及太赫兹等新体制雷达的研发对目标电磁散射特性研究提出了新的需求、引入了新的问题.围绕这些应用需求和技术难点,本文从理论建模、散射测量和特征提取三个方面,归纳总结了目标电磁散射特性研究存在的若干热点和难点问题,期望为从事该方面研究的科研人员提供方向性的引导.     

隐身目标的P 波段电磁散射特性仿真研究

介绍了敌方隐身目标的威胁、P 波段反隐身的基本原理及该频段电磁散射特性的研究现状,分析了基于快速多极子技术的全波数值仿真方法在隐身目标散射特性精确求解中的独特作用;阐释了基于快速多极子技术的全波数值仿真方案实施的矩量法原理、快速多极子技术、预处理算法及高效迭代求解技术,通过与标准体的测量结果对比,验证了仿真方案的可靠性及精度;利用文中提出的仿真框架对几种典型的隐身目标进行数值仿真,讨论了隐身目标在P 波段的电磁散射特性。     

雷达目标电磁散射特性仿真与测量

首先,对雷达目标电磁散射特性的重要性做了简单介绍,对获取雷达目标电磁散射特性数据的方法进行了分类;然后,详细回顾了电磁仿真与测量的主要方法的基本原理、发展过程与适用范围;最后,阐述了国内在雷达目标电磁散射特性研究方面取得的进展与基本情况,对电磁仿真与测量的技术发展趋势进行了总结。     

电大目标电磁散射的TD-PO分析

由逆傅立叶变换导出时域物理光学(TD-PO)表达式,给出了TD-PO方法计算时内存估计的具体形式、时间离散的采样原则及入射波消隐的判断方法.计算了金属球、板、锥球的瞬态散射和RCS,计算结果与其他方法结果吻合很好.数值结果表明TD-PO方法计算速度快、所需内存少,是分析电大目标宽频带特性的高效方法.     

复杂目标电磁散射特性仿真与实验

对两种形状较为复杂的军用目标缩比模型的电磁散射特性进行了仿真计算和实验,研究了复杂金属目标的电磁散射时域算法,提出了解决MOO算法求解目标瞬态散射稳定性的方法.给出了一种实验测量模型与数据处理方案.将仿真和实验得到的时域散射场数据解卷积分别与利用MOM计算的目标频域散射场数据进行比较,结果表明:在一定的频域范围内仿真与实验结果较好地保持了一致,从而验证了算法的有效性和实验正确性.     

地面复杂目标宽带电磁散射特性分析

提出运用FDTD计算地面复杂目标宽带电磁散射特性的方法.首先分析地面的散射,并建立复杂目标的FDTD模型,再将地面的散射场与入射场视为两个激励场作用于目标,从而得到地面背景下目标的散射场.运用此方法计算了地面卡车的电磁散射特性,并与实测结果作了对比,两者比较吻合.     

求解电小尺寸目标散射特性的时域磁场积分方程

在计算电大尺寸光滑目标散射问题时,通常采用的时域磁场积分方程计算简单、快速、准确;但是当处理电小尺寸目标时,通常的磁场积分方程不再准确,必须精确考虑磁场积分方程中包含的立体角信息.通过在测试三角形区域进行特殊的采样,并充分计算测试区的立体角,修正了时域磁场积分方程以满足电小目标散射计算的需求.计算结果与时域电场积分方程的结果相一致,说明了方法的有效性.     

介质粗糙面与组合目标宽带电磁散射特性研究

文中对介质粗糙面和组合目标的宽带复合电磁散射特性进行研究,通过数值计算得到了复合散射系数频率响应曲线。分析结果显示,后向复合散射系数在宽频带范围内随着频率的变化而产生振荡,粗糙面的高度均方根、介电常数、组合目标尺度、目标介电常数等因素对复合散射系数有显著的影响,且影响规律较为复杂。相比之下,粗糙面的相关长度对复合散射系数的影响较为微弱。当目标是理想导体时,频率响应曲线近似呈现出准周期性的振荡形态。     

浅层地下目标时域电磁散射问题的数值模拟

本文用时域有限差分法(FD-TD法)计算了浅层地下目标的时域电磁散射。在地下色散媒质的参数r()和r()都是以Debye方程表示时,推出了FD-TD法的迭代分式,并给出了相应的吸收边界条件。通过将FD-TD法计算的结果与其它结果相比较,证实了该方法对计算有耗媒质中电磁场问题的有效性。对瞬态脉冲在色散媒质中的传播特性进行了讨论。分别计算了典型地下目标的时域散射波形和波形堆积图。     

高性能计算在目标电磁散射特性分析中的应用

基于高性能计算的电磁数值模拟在目标电磁散射特性分析中发挥着越来越重要的作用.由于任一种数值方法都有一定的适用范围，不能高效处理所有问题，因此，有必要发展和集成多种数值方法，形成能够为不同类型问题的雷达散射截面（radar cross section，RCS）计算提供高效解决途径的软件系统.文中在并行自适应结构/非结构网格应用支撑软件框架之上，充分考虑数值方法的可扩展性以及物理个性的可分离性，通过基于机理、数据的混合可计算建模和接口设计，以及算法的模块化开发，发展了多种用于RCS计算的数值方法，并将其集成到高性能电磁数值模拟软件系统JEMS中.数值算例表明了JEMS具有高效分析多种目标电磁散射特性的能力，并在大规模并行计算方面具有显著优势.     

任意截面导体柱电磁散射特性的时域分析

本文采用共形网格的ＦＤＴＤ法对任意截面导体柱的电磁散射特性进行了分析。首先采用广义环路积分法导出共形网格上的时域有限差分方程,然后针对共形网格导出其一阶和二阶吸收边界条件。这种吸收边界条件在曲率半径趋于无穷大时分别退化为一阶和二阶Ｍｕｒ 吸收边界条件。由于采用共形网格,网格节点数远少于普通ＦＤＴＤ法中的节点数,从而大大节省了计算时间和存储空间。在时谐平面波和高斯脉冲激励下,首先计算了导体柱表面的时域感应电流,然后运用Ｆｏｕｒｉｅｒ变换计算导体柱的ＲＣＳ,其结果与其它文献结果一致。     

任意形状目标时域电磁散射的稳定求解

针对时域电场积分方程存在的晚时震荡问题,分析比较了当前通用的隐式时间步进算法和基于拉盖尔多项式的阶数步进算法,计算了任意形状的三维导体、介质目标的时域电磁散射。结果表明,基于拉盖尔多项式的阶数步进算法有效地消除了晚时震荡问题,并且其稳定性与时间步的数目无关,而仅决定于拉盖尔多项式的阶数。     

电磁场的FDTD分析方法

介绍了电磁场的FDTD分析方法特点，详细分析了它的使用现状，并对改进其固有缺陷进行了探讨，最后提出与其它技术的有效结合将是该法的发展方向。     

一维超宽带阵列天线时域波束扫描分析

宽带雷达作为一种新体制雷达,具有优越的反隐身能力、强的抗干扰能力、极高的距离分辨率等诸多优点.相对于传统相控阵雷达,超宽带雷达采用实时延时技术替代传统的移相器进行波束控制.该文章基于超宽带雷达相关理论进行了时域超宽带阵列天线波束扫描研究.采用对拓维瓦尔迪天线设计了四单元均匀直线超宽带阵列并进行了时域仿真及实验测试.结果表明,该阵列在X-Z平面可以实现±40°的波束扫描.阵列规模由天线单元间距决定,通过精确仿真分析天线单元间距使波束合成效果达到最优化.阵列的峰峰值方向图仿真验证了时域波束扫描理论是可行的,同时论证了实时延时技术可以被集成到时域雷达中以实现实时扫描.     

时域波束形成在超宽带穿墙成像雷达中的应用

超宽带穿墙成像雷达作为一种能够隔墙探测和定位的新型雷达系统,在很多领域得到应用。该文提出利用时域波束形成对穿墙雷达进行成像的方法。电磁波穿墙传播时产生速度变化、衰减和折射等现象。该文在电磁波穿墙传播的折射模型上用解析的方法计算电磁波的传播时间,在时域波束形成成像算法中考虑了墙体对电磁波的影响,并用FDTD模拟对成像方法进行验证。最后定性分析了墙体厚度、介电常数估计误差对成像的影响。     

横向沙丘表面电磁散射的时域有限差分法研究

空对地海目标的监测、识别是用电磁波与处于地海环境中的目标相互作用的散射和辐射来获取信息、制导和目标截获的,为了满足地海环境中目标的监测、识别的需要,首先要研究地海环境的电磁散射特性;应用指数型分布粗糙面模拟横向沙丘表面的高度起伏情况,采用蒙特卡罗方法模拟横向沙丘迎风坡、背风坡表面以及沙丘之间的平坦沙漠表面,使用Herkelrath提出的土壤湿度与介电常数的通用式计算沙土的介电常数,运用FDTD计算方法研究了横向沙丘的电磁散射特性,得到了散射系数的角分布曲线;数值计算了沙丘坡顶高度,沙丘迎风坡与背风坡坡底到坡顶的水平距离,沙丘坡顶间间距,入射角度以及沙土湿度对散射系数的影响;计算结果表明,沙丘坡顶高度、沙丘迎风坡坡底到坡顶的水平距离、沙丘坡顶间间距、入射角度和沙土湿度对散射系数的影响较大,而沙丘背风坡坡底到坡顶的水平距离对散射系数的影响较为复杂。     

Fast Emission Measurement in Time Domain

According to the applicable standards, electromagnetic compatibility emission measurements are carried out in the frequency domain using a measuring receiver. In this paper, the theory, setup, and algorithms, as well as the practical aspects including the examples of a precompliance measuring system in the time domain, are presented. The advantage of this system is that the measurements can be carried out approximately 10-100 times faster with sufficient accuracy and signal-to-noise ratio in the detector modes peak, quasi-peak, and average.     

电磁散射的拉格朗日乘子区域分解算法

针对电磁散射问题,提出了一种基于广义变分原理的区域分解算法.将原求解区域划分为若干个不重叠的子区域,引入拉格朗日乘子法以满足相邻子区域之间场的连续性要求,并建立其修正泛函,使原问题转化为求解拉格朗日乘子.研究了子区域系数矩阵的可逆性.为了进一步提高效率,采用了重启的广义最小残量法为求解器.数值算例验证了本文方法的准确性和有效性.     

时域反演德鲁色散媒质的电磁逆散射技术

德鲁(Drude)经验模型常用于描述等离子体、金属等媒质的电色散特性.利用宽带的时域测量数据直接反演电参数,相比单频(频域)技术而言,具有信息量大、成像分辨率高的优势.时域直接反演色散媒质电参数的主要困难在于它们是频率相关的.为了克服该困难,本文提出了一种时域电磁(EM)逆散射新技术:转而同时反演德鲁模型的4类频率无关的模型参数.该技术的主要环节为:(1)描述为含正则化项的约束最小化问题;(2)转化为无约束最小化问题;(3)解析导出梯度;(4)分别利用时域有限差分(FDTD)法、共轭梯度(CG)法迭代求解正演、反演子问题.在一维(1-D)、二维(2-D)两个数值算例中,所需的测量数据也由FDTD仿真值代替,并加入了加性高斯白噪声(AWGN).反演结果初步证实了该技术的性能.