基于表面电流的粗糙面上方圆柱距离像仿真

在矩量法和物理光学混合算法的框架内,引入矩阵压缩技术提高计算效率,降低计算机内存需求,实现粗糙面上方二维导电圆柱宽带复合电磁散射建模。通过求解复合模型表面电流在频域仿真回波信号,结合傅里叶逆变换（IDFT）获取粗糙面环境下圆柱的高分辨一维距离像（HRRP）,实现了粗糙面上方目标HRRP特性仿真与分析。采用定量与定性的综合分析手段,结合表面电流分解与射线路径相位预估,揭示了目标与粗糙面之间复杂电磁耦合机理与作用过程,明确了HRRP各峰值形成的来源,定量研究了各阶耦合相互作用回波对雷达成像的贡献。     

复杂陆地粗糙面及其上方坦克目标复合散射研究

研究了复杂陆地粗糙面及其上方坦克目标的复合散射特性.基于Monte Carlo方法,利用高斯谱函数模拟不同统计特性的陆地表面,运用加权反正切函数滤波处理以构造边界和连接相邻区域,构建了复杂陆地分区域复合粗糙面的几何模型.提出了一种快速精确求解复杂陆地粗糙面及其上方坦克目标复合散射的混合方法,利用迭代物理光学法求解目标与环境间的多次耦合,运用等效电磁流法修正棱边绕射.分析了复杂陆地粗糙面的散射特性,研究了入射角、均方根高度、相关长度和粗糙面表面结构对复合散射特性的影响.本研究为探测复杂环境上方的坦克目标提供了理论基础,数值仿真结果对雷达目标的探测与识别具有借鉴意义.     

峡谷型分区域复合粗糙面电磁散射特性研究

提出了一种分区域复合表面模型来描述峡谷环境的天然腔型结构,研究了峡谷型分区域复合粗糙面的电磁散射特性。采用蒙特卡罗方法,利用高斯谱函数模拟峡谷环境的陆地粗糙面,利用Pierson-Moskowitz(PM)海洋谱模拟峡谷的海面部分,交界处运用加权反正切函数平滑处理,建立了峡谷型分区域复合粗糙面模型。考虑到自然环境中峡谷所具备的天然腔型结构,引入射线密度归一化(RDN)思想,采用改进射线弹跳法与物理光学法的混合方法,计算峡谷型分区域复合粗糙面的电磁散射特性。对比了陆地粗糙面、海面和峡谷型分区域复合粗糙面的电磁散射特性,计算了峡谷型分区域复合粗糙面的散射系数,并讨论了峡谷开口范围、陆地粗糙面的均方根高度和相关长度对峡谷型分区域复合粗糙面电磁散射特性的影响。仿真结果对于反演峡谷环境的电磁特性以及遥感、探测具有借鉴意义。     

二维海面上方金属目标复合散射快速算法研究

为快速获取二维海面上方金属目标的复合散射,通过改进计算分层粗糙面散射的层内波传播展开法(PILE),结合快速计算二维粗糙面散射的稀疏矩阵平面迭代与规范网格法(SMFIA/CAG),以及计算金属目标散射的基于三角屋顶(RWG)基函数的矩量法(MoM),提出了结合稀疏矩阵平面迭代及规范网格法的扩展层内波传播展开法(E-PILE+SMFIA/CAG)。引入锥形入射波以减小人为截断粗糙面所引起的边缘衍射,采用蒙特卡洛(Monte-Carlo)模拟生成具有Pierson-Moskowitz(PM)海浪谱的随机海洋粗糙面。数值分析了海面上方典型导体目标的复合双站散射系数,验证了算法的有效性与收敛性。最后,应用该算法计算了海面上方导弹目标的电磁散射,讨论了目标高度及海面上风速对复合散射系数的影响。     

海面上舰船目标的紫外散射特性研究

基于粗糙面双向反射分布函数(BRDF)模型,考虑海面的影响,设计了海面舰船目标的紫外光散射亮度计算流程,讨论分析了海面上舰船目标对海天背景紫外辐射的散射特性.运用大气传输软件MODTRAN,计算了0.3～0.4μm波段太阳、天空背景的紫外辐射特性;根据粗糙面散射理论,分别对海面和目标表面进行BRDF建模,并讨论了面元的光散射特性;设计了海面舰船目标的紫外光散射亮度计算流程,并利用此流程计算分析了某舰船模型的紫外光散射亮度.结果显示探测时间、探测方位、舰船表面蒙皮材料、舰船形状、海面散射等因素,都对舰船目标的紫外光散射特性产生影响,为完善舰船目标紫外辐射特性数据库提供有效依据.     

基于弹跳射线法的海面舰船目标三维散射中心快速建模方法

海面舰船目标3维散射中心的快速建模对雷达目标信号快速仿真、特征提取与分类识别等应用具有重要意义。该文结合目标-海面耦合散射的“4路径”模型、随机海面散射修正Fresnel反射系数模型,以及基于射线管积分的快速3维成像等模型与方法,提出一种舰船-海面复合的快速3维成像方法,并通过CLEAN算法建立一种3维散射中心快速建模算法。该算法由于实现了单频、单视角条件下的目标3维成像,并且采用简化的海面模型避免了大量海面面元的构建,因而大大提高了3维散射中心建模的计算效率,从而满足实际工程应用的需求。典型海面舰船目标仿真实验结果表明,与传统基于FFT的3维成像算法相比,在典型计算条件下该算法的计算效率可提高4个数量级。不同海情下,3维散射中心重建的与直接仿真计算的1维距离像历程图和2维像的对比结果,也验证了算法的计算精度。      

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.     

矩量法计算粗糙海面与舰船目标复合电磁散射

给出积分方程的建立过程。研究了一维PM粗糙海面及其上方二维导体舰船目标复合电磁散射特性。并基于矩量法矩阵块与粗糙海面的信息得到了复合散射系数,研究了不同风速、入射角和船的吃水深度对结果的影响。最后进行了结果分析,验证了该方法的有效性。     

高斯粗糙面与临空目标复合电磁散身寸的KH-MOM解

提出了一种求解一维粗糙面与二维无限长临空目标复合电磁散射特性的新型混合算法。混合算法只需在粗糙面上进行一次积分运算,即可用基尔霍夫-亥姆霍兹方程(KH)描述电磁波经粗糙面后的散射情况,再用矩量法(MoM)分析目标的散射问题,通过KH与MoM的混合来体现粗糙面与目标之间的耦合作用。经与不同方法的对比,验证了混合方法的正确性,体现了混合方法较数值法在求解效率上的巨大优势。计算了粗糙面与临空目标的统计复合散射特性,分析了粗糙面的起伏参数、临空目标的形状以及粗糙面介质的电参数对复合散射特性的影响。     

基于天线方向图与近场SBR的海面舰船复合散射研究

针对弹目交互场景中近场电磁散射仿真问题,提出了一种基于近场弹跳射线(shooting and bouncing ray,SBR)法并考虑天线方向图影响的海面舰船复合散射计算模型.根据天线方向图和海面舰船一体化几何模型,给出满足物理光学远场计算条件的面元所接收到的电场强度,通过SBR法得出所有面元的散射场,最后由矢量叠加...     

基于高频混合方法的海上目标电磁散射特性分析

三面空腔反射器是一种特殊的反射结构,空腔内的多次散射是形成其雷达散射截面(RCS)的主要贡献之一。该文在计算机图形学裁剪的基础上,改进了现有的区域投影方法,结合物理光学法和阻抗边界条件,分析了正确处理目标几何结构的遮挡和消隐之后三面空腔反射器内的多次散射机理。最后,将阻抗边界条件扩展到海上环境,对两类带有反射器结构的海上舰船简化模型进行了RCS计算与分析。结果表明,海面与目标之间以及目标内部的多次散射作用在一定情况下可形成明显的散射特征。     

介质涂敷电大腔体电磁散射IPO研究

将迭代物理光学法(IPO)推广应用于研究具有非完纯导电边界的电磁散射问题,建立了相应的理论模型,并应用到内壁涂敷介质的电大尺寸腔体的电磁散射特性分析中。在每一次IPO迭代步骤中,应用Fresnel反射系数计算出介质表面总场。通过多次迭代,求出腔体内壁上稳定的电磁场分布,进而计算出腔体的电磁散射特性。数值结果表明了这种扩展的IPO方法的在分析电大尺寸介质涂敷目标中的正确性和高效性。     

电大尺寸复杂结构腔体电磁散射的IPO/FEM混合法研究

该文将物理光学迭代法(IPO)的子域连接法与矢量有限元法(FEM)相结合,提出了一种新的混合方法用于分析计算电大尺寸复杂结构腔体目标的电磁散射特性。对于腔体内部适合用高频方法处理的部分采用IPO方法分析;对于具有复杂结构和材料特性的部分,采用矢量有限元法进行研究,利用交界面上的连续性条件实现这两种方法的耦合。为了验证理论模型的正确性,该文对某一矩形空腔及底部加载金属台阶的腔体进行了分析,计算结果与文献数据以及用时域有限差分法所得结果一致,并具有很好的收敛效果。在此基础上,对底部加载介质层的复杂结构腔体进行了分析计算,结果表明这种混合方法对于分析电大尺寸复杂结构腔体的散射特性是行之有效的。     

改进的IPO与FEM混合法分析复杂电大腔体电磁散射

对传统的迭代物理光学法(IPO)进行了改进,使之适合于分析具有非完纯导电边界的电磁问题,并与矢量有限元方法(FEM)相结合,对内壁涂敷介质的具有复杂终端结构的电大尺寸腔体的电磁散射特性进行分析.通过Fresnel反射系数,利用IPO方法处理腔体内壁比较平滑的介质涂敷区域,在结构复杂的终端区域,利用FEM进行分析.利用交界面上场强连续条件实现两个区域之间的电磁耦合.通过迭代,计算出腔体内部稳定的电磁场分布,进而获得整个腔体的散射特性.由于在介质涂敷附近区域避免了FEM处理过程,从而可以节省大量计算时间和内存消耗.     

电大目标RCS的高频计算方法

研究了电大尺寸复杂军事目标—导弹与飞机电磁散射的PO 计算方法。根据MPI 并行平台的特点,给出了将PO三角面元按照编号循环分配到不同进程,进行并行遮挡判断的详细过程。以简单的球面模型为例,通过对比不同进程的计算时间,给出了本文方法的并行加速比,表明了该并行方案的高效性。然后给出了电大尺寸导弹与飞机目标RCS 的计 算实例。采用FEKO 软件对实际军事目标进行建模和三角面元剖分,运用基于PC 集群MPI 并行平台的并行PO 方法计算了导弹与飞机目标的RCS,结果表明了该方法的有效性和准确性。     

An efficient formulation to determine the scatteringcharacteristics of a conducting body with thin magnetic coatings

Two new and efficient surface integral equations, derived from corresponding volume integral equations, are developed to calculate the scattering of electromagnetic (EM) waveform from an arbitrarily shaped conducting body coated with thin lossy magnetic film. Their numerical solutions by the method of moments (MM) for two-dimensional structures with full or partial coatings are presented. It is shown that the radar cross-section of a conducting body can be significantly reduced by coating it with a lossy magnetic film. To verify the validity and accuracy of the proposed formulation, another method based on the expansion of cylindrical harmonic functions with real arguments is also developed to calculate the scattering of a plane EM wave from an electrically large coated circular cylinder. The same problem was also solved by the proposed formulation, and excellent agreement between the two approaches was achieved. In addition, numerical results of the scattering from a rectangular coated cylinder is shown to be consistent with that obtained by a modified finite-difference-time-domain (FDTD) method     

An IE-ODDM-MLFMA Scheme With DILU Preconditioner for Analysis of Electromagnetic Scattering From Large Complex Objects

For electrically large complex electromagnetic (EM) scattering problems, huge memory is often required for most EM solvers, which is too difficult to be handled by a personal computer (PC) even a workstation. Although the multilevel fast multipole algorithm (MLFMA) effectively deals with electrically large problems to some extent, it is still time and memory consuming for very large objects. In order to further reduce the CPU time and the memory requirement, a hybrid algorithm, based on the overlapped domain decomposition method for integral equations (IE-ODDM), MLFMA and block-diagonal, incomplete lower and upper triangular matrices (DILU) preconditioner, is proposed for the analysis of electrically large problems. The dominant memory requirement for plane wave expansions in the three processes of aggregation, translation and disaggregation in the MLFMA is drastically reduced by the first two techniques. The iterative procedure for each overlapped subdomain solved by the MLFMA is effectively sped up by the DILU preconditioner. After integrating these techniques, the proposed hybrid algorithm is more efficient in computing time and memory requirement compared to the conventional MLFMA and is more suitable for analyzing very large EM scattering problems. Enough accurate solution can be obtained within quite a few outer iterations, where an outer iteration means a complete sweep for all the subdomains. Some numerical examples are presented to demonstrate its validity and efficiency.     

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。     

电大尺寸目标电磁散射的区域分解计算

提出了电大尺寸目标电磁散射的有限元区域分解计算方法。分析了子区域的有限元解法,建立了区域分解耦合的边界方程,导出了相应的耦合矩阵,并采用了内视法还原了耦合矩阵对称、稀疏的特征,最后研究了不同类型大尺寸目标的雷达散射截面问题并与公开文献结果进行了分析比较。     

Coupled TDIE-PO method for transient scattering from electrically large conducting objects

An efficient hybrid method based on the time domain integral equation (TDIE) coupled with physical optics (PO) is proposed for the transient scattering from electrically large conducting objects. The computational complexity of the proposed hybrid method is drastically reduced compared with full TDIE, and the accuracy is improved compared with only PO. The numerical results demonstrate the validity and efficiency of the hybrid method.