GRECO: graphical electromagnetic computing for RCS prediction inreal time

An innovative approach to computing the high-frequency radar cross sections (RCSs) of complex radar targets in real time, using a 3-D graphics workstation, is presented. The target (typically, an aircraft) is modeled with the I-IDEAS solid-modeling software, using a parametric-surface approach. The high-frequency RCS is obtained through physical optics (PO), the method of equivalent currents (MEC), the physical theory of diffraction (PTD), and the impedance boundary condition (IBC) techniques. The CPU time for the RCS prediction is spent only on the electromagnetic part of the computation, while the more time-consuming geometric-model manipulations are left to the graphics hardware     

Greco : graphical processing methods for high-frequency RCS prediction

This paper reviews the graphical processing approach (Greco) to compute high-frequency radar cross section (rcs) of complex radar targets in real time with a 3-D graphics workstation. Targets are modeled with a solid modeling cad package using a parametric surface approach. High-frequency rcs of perfectly conducting objects is obtained through physical optics, elementary edge waves and ray-tracing methods. An image of the target at the workstation screen is processed to obtain unit normals, radius of curvature and orientation of illuminated surfaces and edges. The result is a very fast and efficient code for rcs computation of complex targets.     

雷达散射截面预估的可视化技术

ＲＣＳ计算的可视化技术是高频ＲＣＳ预估方法与计算机图形学相结合的方法，以非均匀有理Ｂ样条函数的构造自由曲面，以计算机硬件自动处理目标遮挡面，并自动提取计算所需的几何信息。本文给出ＰＯ方法和可视化方法结合的一些结果。     

自由空间复杂导体目标的太赫兹RCS高频分析方法

研究了自由空间复杂导体目标的太赫兹（THz）雷达散射截面（RCS）的高频求解方法。将并矢格林函数引入物理光学方法中,对自由空间环境进行考虑,推导出自由空间物理光学分析方法,并结合图形电磁计算（GRECO）方法,采用分区显示算法改进后,在Visual C++ 2010 程序中实现目标的OpenGL 显示,对自由空间复杂导体目标进行消隐判断,提取像素面元法矢量和深度缓存等有效信息,计算了自由空间复杂导体目标的THz RCS。最后,将程序计算结果与FEKO 软件仿真结果进行比较,结果证明该方法的有效性和准确性。该研究结果为THz 雷达未来在军事、天文和遥感等领域的应用提供了重要依据和方法。     

一体化双站散射图形算法

研究了图形算法计算双站RCS的方法，并将RCS分析与目标外形设计相结合，提出了一种一体化方法，将图形算法集成到CAD造型软件中，能够在目标外形设汁阶段随时分析其双站散射特性。计算实例说明．这种方法不但能够满足计算精度要求，而且可以简化RCS的前处理工作，提高目标设计的总体效率。     

基于改进物理光学法的电大目标双站RCS的预估

研究了电大尺寸目标双站电磁散射的改进物理光学法。针对以往双站高频算法由于忽略阴影区电流影响,导致大双站角下计算误差有所增大的问题,提取电流步进法中的迭代算子,考虑阴影区不同面元的耦合影响,与图形电磁计算方法相结合,推导出了改进的物理光学公式。分别提取照明区和阴影区面元,按照入射波方向进行排序迭代求解,快速有效地计算了电大目标的双站雷达散射截面(RCS)。通过与多层快速多极子,以及高低频混合方法进行对比,验证了该方法的有效性和准确性。     

基于GRECO的复杂目标ISAR图像仿真

提出一种与图形电磁计算方法相结合的1SAR图像实时仿真方法.利用图形电磁计算(GRECO)方法得到运动目标的电磁散射数据,通过发射线性调频信号得到运动目标的雷达回波,并对仿真回波进行ISAR成像处理.与传统采用点目标仿真不同,该文是对实际三维目标直接仿真成像,更加接近实际,更加适合应用与成像效果分析、算法改进和抗干扰方面的研究.对于目标表面散射场的分析,是基于高频预估理论:采用物理光学(PO)法与物理绕射理论(PTD)来进行计算.从对复杂目标的仿真结果来看,该方法是准确有效且具有实时性的.     

GRECO中棱边检测方法及其绕射场计算的改进

图形电磁计算(GRECO)方法是计算复杂目标高频区雷达散射截面(RCS)的有效方法之一.本文分析了原始GRECO方法在判定目标图象棱边象素的不足之处,给出了相应的改进措施.改进后的软件能够更准确、充分地判定目标的棱边象素及获得棱边参数.在边缘绕射场的计算方面,本文指出了相关文献中存在的错误^[1],给出了基于等效电磁流法(MEC)和物理绕射理论(PTD)的边缘绕射场计算式,及与物理光学(PO)场叠加求取RCS的完整表达式.计算实例表明,新的方法具有更高的准确度,与实验测量值吻合.     

图形电磁计算法在双站散射计算中的工程扩展

鉴于GRECO法在电磁散射计算中具有快速、准确和可视化等特点,其在雷达目标单站RCS预估中有着广泛应用.对足够光滑的目标,当双站角较小时,可以单-双站等效原理分析其双站散射特性,但对于大双站角和复杂目标双站情况,GRECO法已不适用,而目前分析复杂目标双站RCS的CMT法和PEM法由于计算时间过长,很难满足工程设计的需要;本文给出一种新的GRECO扩展法以适应实时双站散射场分析的需求,应用GRECO、单-双站等效原理和Leonov公式,给出了适合复杂目标双站RCS计算的方法--GRECO扩展,仿真结果证明了此方法的正确性和实用性.     

A Monte Carlo study of the rough-sea-surface influence on the radarscattering from two-dimensional ships

The generalized forward-backward (GFB) method was introduced in Pino et al. (1999) for computing the electromagnetic scattering from two-dimensional targets on a rough surface. The GFB method is used in this article to generate numerical data for a Monte Carlo simulation of the horizontally polarized radar cross section (RCS) of two-dimensional ship-like targets on random rough sea surfaces. The RCS is computed as a function of the incidence angle and wind speed for a large number of surface realizations. It is found that the mean RCS of a given target on a rough surface is generally lower than or equal to the RCS of the same target on a flat surface, while the maximum RCS is usually greater than or equal to the flat-surface case. It is also observed that the variations in the RCS introduced by the rough surface become less significant as the elevation angle approaches grazing     

一种基于GRECO的复杂目标棱边建模方法

针对复杂目标高频电磁散射,利用CAD 商业建模软件,结合PO、MEC 算法实现目标RCS 计算。对于边缘绕射计算,提出了一种新的建模方法,提高了计算速度。计算结果与数值方法MLFMM 计算结果吻合很好。最后以某战斗机模型为例,实现目标角度域、频域RCS 计算,并且研究了RCS 数据在目标高分辨率距离像中的应用。实验结果表明,该方法对复杂目标高频电磁散射RCS 仿真计算具有一定参考价值。     

Bistatic RCS calculations with the vector parabolic equation method

The vector parabolic equation (PE) method provides accurate solutions for electromagnetic scattering from three-dimensional (3-D) objects ranging from a size comparable to the wavelength of the incident wave to several tens of wavelengths. A paraxial version of Maxwell's equations is solved with a marching solution that only requires limited computing resources, even for large scatterers. By decoupling the PE paraxial direction from the direction of incidence, the bistatic radar cross section (RCS) can be computed at all scattering angles. A sparse-matrix formulation is used to implement electromagnetic boundary conditions, ensuring that polarization effects are treated fully. Computing costs are kept to a minimum through the use of a double-pass method so that calculations can be carried out on a desktop computer for realistic targets and radar frequencies. The method has been validated on simple canonical shapes and tested on complex targets     

基于GPU的图形电磁计算加速算法

本文利用现代图形加速卡中GPU(Graphics Process Unit)的可编程管线,实现了图形电磁计算(GRECO)方法.与原有的方法相比,在利用物理光学和物理绕射理论的基础上,计算速度提高了20倍左右.并且利用GPU实现了射线追踪算法,用于目标上多次散射的计算,使得GRECO方法可以快速计算具有凹腔结构目标的电磁散射.本方法对于目标识别和逆合成孔径成像等方面的研究具有重要的应用价值.     

靶标雷达特性快速预测与分析

含多次散射复杂靶标雷达特性的快速预估和分析是靶标设计优化的重要基础,同时也是电磁散射建模领域的重要研究课题之一。多次散射结构及其复杂散射机理导致靶标雷达特性仿真效率低下、特性分析困难。本文提出了一种CPU多核并行技术、GPU硬件加速技术和KD?Tree遍历技术相结合的靶标高频电磁散射加速方法,建立了带腔舰船、角反射器阵列与舰船等含多次散射复杂靶标的高频电磁散射模型,可以满足大型靶标进行快速评估的需求。本文进一步提出了多次散射距离像位置快速预测方法,通过多次散射射线分集结合射线路径相位理论预估,快速推导了多次散射等效视在中心的位置,揭示了含腔靶标的多路径散射机理与作用过程;并通过舰船目标的仿真与分析,建立了大型靶标多次散射形成的强散射贡献与其具体几何结构之间的映射关系。     

临近空间高超声速目标RCS模拟技术研究

针对雷达探测临近空间高超声速目标模拟试验中的雷达散射截面（radar cross section，RCS）逼真模拟问题，提出了一种适用于临近空间高超声速飞行器等离子体鞘套下目标RCS衰减模拟方法.首先利用不同高度、不同速度对应的等离子体频率和电子碰撞频率的相关数据，拟合得出不同速度、不同高度对应的等离子体频率和电子碰撞频率关系表；其次，实时查表得到给定雷达频率情况下不同目标高度与速度对应的等离子体频率和电子碰撞频率，建立目标等离子体包覆模型和电磁波传输模型，计算雷达电磁波的衰减系数和反射系数；最后，通过雷达电磁波的衰减系数和反射系数模拟出目标RCS衰减.通过与有关实测数据比对，证明了方法的合理性.仿真分析可知，利用高频率雷达探测临近空间高超声速飞行器将更容易得到连续的航迹，产生雷达"黑障"的时间更短.     

图形电磁计算法分析高频区复杂目标虚拟双站散射特性

通过应用单－双站等效原理，将目前分析高频区复杂目标后向ＲＣＳ最有效方法之一的图形电磁计算（ＧＲＥＣＯ）技术拓广到计算双站ＲＣＳ领域，并给出了与实验结果符合良好的标准体与复杂目标的虚拟现实实例的单双站ＲＣＳ计算曲线，具有很好的工程应用价值。     

短波雷达目标散射截面的计算

利用矩量法(MOM)仿真计算了短波波段小型飞行器的雷达散射截面(RCS)，为了快速获得大型舰船的短波RCS，则利用了图形电磁计算方法(GRECO)。通过对仿真结果分析和解释，计算结果是符合实际情况的。所开发的GRECO软件在大尺寸目标的RCS计算中是准确、高效的，可以为短波雷达系统的研究提供可信的仿真数据。     

Graphics for visualizing RCS as a function of frequency and angle

Over the past few years, the David Florida Laboratory (DFL) has conducted extensive measurements of the radar cross section (RCS) of simple, "canonical" targets, and of scale models of real-life targets. Software has been written for computer-controlled acquisition of the RCS, over a wide frequency band, as a function of the angle of incidence on the target. This article presents specialized graphics formats which have been developed to effectively visualize the RCS. Different color palettes for depicting RCS values are compared. The RCS can be graphed as a "color map" in a rectangular format, with the angle on the x axis and the frequency on the y axis. But the RCS as a function of the incidence angle is better perceived when plotted in a polar format, with the angle around the circumference and the frequency along the radius. Moreover, when the radius is proportional to the frequency, RCS color maps display striking geometric patterns, related to the basic scattering mechanisms of the target. This feature provides a useful analytic and pedagogical tool.<>     

雷达目标特征数据库在雷达组网仿真上的应用

传统雷达组网仿真中,认为目标为点目标,目标的RCS(Radar Cross Section)是一个常数;实际上目标的RCS是随雷达频率、目标相对雷达姿态变化的函数。该文通过对复杂雷达目标进行电磁建模,计算其在各姿态和各频点的RCS数据,把计算结果存储在数据库中建立雷达目标特征数据库。建立了雷达组网仿真系统,系统由主控计算机、雷达目标特征数据库、若干雷达站组成。仿真结果表明:利用雷达目标特征数据库获得雷达在每个时刻观察的RCS比传统的把飞行器RCS当成常数,进行雷达组网仿真,仿真结果更接近实际的情况;通过多个雷达组成雷达网进行数据融合共同探测目标,可以大大提高雷达对目标的检测概率。     

复杂目标双站RCS的图形电磁计算

本文通过物理光学和增量长度绕射系数,将图形电磁计算方法扩展到复杂目标双站RCS的计算领域,并计算了一些标准体和实际复杂目标的的双站RCS,计算结果准确可信,并且GRECO方法具有很高的计算效率,这对于雷达组网、隐身和反隐身等方面的研究具有很好的工程应用价值.