介质粗糙面与埋藏导体目标的电磁散射特性研究

本文将三维矢量有限元-边界元方法(Finite Element Method-Boundary Integral Method)与快速多极子(Fast Multi-pole Method,FMM)方法结合,研究了二维介质粗糙面下方埋藏导体目标的复合电磁散射特性。推导了复合模型电磁散射的FEM-BIM公式,针对FEM-BIM矩阵方程组的特点,采用混合迭代求解器求解FEM-BIM矩阵方程组,并采用FMM加速迭代求解过程,与矩量法(Method of Moments,MoM)和传统FEM-BIM方法的比对结果验证了本文算法的高效性和精确性。最后,结合Monte-Carlo方法,研究了地面下方炸弹型目标的复合电磁散射特性,分析了土壤湿度、埋地深度和地面粗糙度等参数变化对复合模型双站散射系数的影响。     

电大尺寸复杂目标散射问题的并行矩量法分析

目前飞机和导弹等电大尺寸复杂目标的电磁散射特性采用高频分析法精度较低,本文研究在PC集群环境下三维导体散射问题矩量法的并行化,并应用于复杂目标的RCS计算.本文使用混合积分方程,再用RWG基函数进行离散,阻抗矩阵元素按行分解,并行共轭梯度法进行求解,通过MPI通信库实现.最后使用基准目标NASA杏仁核验证了该并行计算的...     

基于矩阵快速填充的P-FFT分析目标电磁散射问题研究

针对预修正快速傅里叶变换(P-FFT)方法的近场矩阵填充速度和效率不高的问题,利用快速填充技术减少近场矩阵的计算时间,分析电大目标的电磁特性。采用预修正快速傅里叶变换方法,不仅能够减少存储需求,而且能够加快远场的矩阵矢量积。重点研究了基于三角形配对的快速填充方法,通过提取基函数测试配对积分过程中的共享积分部分,对近场矩阵元素进行填充,提高了计算效率。数值结果表明,基于三角形配对的预修正快速傅里叶变换方法可以减少近场部分的计算时间,从而提高算法的效率。     

基于多次散射目标模型的雷达成像研究

合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar, SAR）作为一种主动微波传感器,被广泛应用于遥感对地观测。然而,传统上的雷达散射模型是基于几何光学近似的,忽略了地物目标之间的相互作用,即多次散射效应。为了充分挖掘和利用毫米波雷达影像中目标电磁散射特性信息,亟需对典型目标的多次散射效应进行建模仿真和验证。基于矩量法（Method of Moments, MoM）分析了球体、二面角等目标表面等效电流分布与分段成像结果的对应关系,并利用后向投影（Back-Projection, BP）算法进行电磁仿真成像,总结了单/双基地雷达模式对成像中散射机制的影响。结果表明：目标表面等效电流分布以及分段等效合成孔径张角会随入射角度发生改变,其中分段等效合成孔径张角会影响方位向分辨率;双基地雷达成像结果中包含更丰富的电磁散射信息。本研究可为SAR系统设计和验证、典型目标回波特性数据收集以及如何基于高解析度SAR影像进行目标识别等研究提供借鉴与参考。     

A Light Scattering Model for Layered Dielectrics with Rough Surface Boundaries

A new model for the scattering of light from layered dielectrics with rough surface boundaries is introduced. The model contains a surface scattering component together with a subsurface scattering component. The former component corresponds to the roughness on the upper surface boundary and is modeled using the modified Beckmann model. The latter component accounts for both refraction due to Fresnel transmission through the layer and rough scattering at the lower layer boundary. One interesting consequence of the model is that the peak radiance is deflected away from the specular direction, a behavior that is also evident in BRDF data from human skin. By allowing independent roughness parameters for each surface boundary and controlling the contributions from the two scattering components in the outgoing radiance using a balance parameter, we can achieve excellent fits of the model to the measured BRDF data. We experiment with BRDF data from skin surface samples (human volunteers) and show that the new model outperforms alternative variants of the Beckmann model and the Lafortune et al. reflectance model. As an application in computer graphics, we also show that realistic images of 3D surfaces can be generated using the new model, by setting the values of its physical parameters.     

随机粗糙面的一种新双站散射模型

描述了一种对改进的IEM模型的扩展双站散射模型。我们发现在非相干功率的表达式中,交叉分量和补充分量都由两项组成:一项与误差函数无关,而另一项与误差函数有关。后一项可看成是由误差函数引起的修正项。模型预测值和测量数据的良好吻合显示了这种扩展双站散射模型的有效性。     

超声逆散射成像方法研究

在研究奇异值分解、最小二乘法的基础上,采用空间域方法研究超声逆散射成像问题。通过脉冲基和点匹配的方法将泛函方程转换为代数方程,运用迭代算法解决方程的非线性问题。利用Picard准则判断方程的不适定程度,并采用均值处理和截断奇异值分解正则化2种方法对方程进行求解。实验结果证明,该方法可以较好地滤除噪声,提高重建图像的质量和可信度,减少迭代过程中的计算量。     

Solution of Electromagnetic Scattering Problems Involving Three-Dimensional Homogeneous Dielectric Objects by the Single Integral Equation Method

The problem of electromagnetic scattering by a homogeneous dielectric object is usually formulated as a pair of coupled integral equations involving two unknown currents on the surface S of the object. In this paper, however, the problem is formulated as a single integral equation involving one unknown current on S. Unique solution at resonance is obtained by using a combined field integral equation. The single integral equation is solved by the method of moments using a Galerkin test procedure. Numerical results for a dielectric sphere are in good agreement with the exact results. Furthermore, the single integral equation method is shown to have superior convergence speed of iterative solution compared with the coupled integral equations method.     

基于Linux集群电磁散射并行计算实现

工业应用,特别是军事应用对计算电磁学(CEM)的需求提出挑战,解决电大尺寸电磁散射问题(物理尺寸/λ》1)的有效方法是采用并行计算技术．给出了MLFMA算法基于Linux集群技术的并行实现,并给出了电大尺寸目标电磁散射的计算实例．由于这种并行化方法只是充分利用已有的工作站,编程容易,所以是一种值得推广的并行化实现方法．     

基于混合粒子群算法的二维导体柱目标识别

从电磁场的积分方程出发,采用矩量法（ＭＯＭ）计算导体柱电磁散射的过程;以实际测量的散射场与计算散射场的偏差程度作为目标函数;将带优化变量设置为描述导体柱轮廓的形状函数的傅里叶展开式系数,通过混合粒子群算法（HPSO）对带优化变量进行优化,使目标函数的最小值用来进行电磁成像。仿真结果表明：HPSO简单、通用,具有较强的抗随机噪声干扰的能力。     

基于混合采样的多模型机动目标跟踪算法

提出了一种新型的基于混合采样的多模型粒子滤波算法,该算法能够有效降低多模型粒子滤波器的采样粒子数. 文中证明了这种基于混合采样的粒子滤波算法是一种多模型粒子滤波算法. 该算法的计算复杂度与单模型粒子滤波算法相当. 仿真实验表明,与已有的多模型粒子滤波算法相比,算法的计算复杂度大幅降低.     

具有一维带限Weierstrass分形特征实际路面电磁散射FDTD研究

一般的实际路面系统是由沥青混凝土面层、水泥碎石联结层、水泥稳定碎石基层和路基层等构成的多层介质,可以看作是具有一维带限Weierstrass分形特征的水泥混凝土路面系统。运用时域有限差分方法(FDTD)研究了这种实际的水泥混凝土路面系统电磁散射,具体计算了3层路面系统电磁散射的双站散射系数,得出了散射系数随散射角和入射波频率变化的曲线。分析了散射系数随路面分维数、入射波频率、入射角、路面材料介电常数、面层厚度、基层厚度等参数变化的规律,讨论了面层存在圆柱形空洞时,空洞内填充物变化对散射系数的影响,得到了具有一维带限Weierstrass分形特征的实际路面系统电磁散射的特性。数值计算结果表明:路面分维数、入射波频率、入射角、路面材料介电常数、面层厚度、基层厚度、面层存在的空洞对散射系数的影响是非常复杂的。     

基于瞬变电磁法的电磁场矿藏解释仿真技术研究

将瞬变电磁法（Transient Electromagnetic Method,TEM）应用到布敦花铜矿矿区的解释中,首先需建立电磁感应模型,对瞬变电磁场中的二次磁场频率、时间特性进行分析,通过MATLAB软件进行程序编写,得出相应的特性曲线图。然后分别计算早、晚期视电阻率和全程视电阻率,得出瞬变电磁场在矿区变化时的视电阻率参数变化,得出相应的数据结论。最后,利用MATLAB的网格化函数,对数据进行处理,模拟出瞬变电磁场在铜区时的异常场变化,完成对矿区的解释。从结果分析可以看出,利用瞬变电磁法解释的结果比利用物探资料进行矿区解释的结果更简单、更精确。这样一来,既提高了工作效率,又提高了解释的准确率。     

Fast solution of volume–surface integral equation for scattering from composite conducting‐dielectric targets using multilevel fast dipole method

This article presents a fast solution to the volume–surface integral equation for electromagnetic scattering from three‐dimensional (3D) targets comprising both conductors and dielectric materials by using the multilevel fast dipole method (MLFDM). This scheme is based on the concept of equivalent dipole‐moment method (EDM) that views the Rao–Wilton–Glisson and the Schaubert–Wilton–Glisson basis functions as dipole models with equivalent dipole moments. In the MLFDM, a simple Taylor's series expansion of the terms R^α (α = 1, ?1, ?2, ?3) and R? R? in the formulation of the EDM transforms the interaction between two equivalent dipoles into an aggregation–translation–disaggregation form naturally. Furthermore, benefiting from the multilevel grouping scheme, the matrix‐vector product can be accelerated and the memory cost is reduced remarkably. Simulation results are presented to demonstrate the efficiency and accuracy of this method. © 2012 Wiley Periodicals, Inc. Int J RF and Microwave CAE, 2012.