针对某型导弹RCS的计算与仿真

为研究导弹目标的电磁散射特性,预估和优化导弹系统整体设计,分析了导弹的高频散射机理,并且运用物理光学法计算目标表面反射场的RCS,以及等效电磁流法计算由弹翼的前后沿、弹体结合部及弹尾产生的边缘绕射场的RCS.用算法对某已知导弹弹体模型进行仿真,与文献中验证过的结果吻合,且方法运算速度快,不受目标尺寸约束,完全可以满足工程分析的需要.根据某型导弹的设计要求,对其进行了建模,并给出导弹模型及仿真结果.     

某导弹靶标RCS的计算与分析

利用某导弹靶标可对反导防御系统进行性能评估,以满足武器系统的定型、试验和训练的要求;为分析靶标的RCS,文章从基本电磁散射理论入手,介绍了物理光学法和等效电磁流法,并给出了目标表面反射场和边缘绕射场的RCS计算方法;最后利用物理光学法(PO:Physical Optics)和等效电磁流法(MEC:Method of Equivalent Currents)相结合的方法对某导弹靶标模型进行仿真计算;结果表明,该方法运算速度快,计算结果符合导弹靶标RCS的变化规律,可以满足工程设计的需要,为后续的研究提供了可信的数据。     

高频电大尺寸飞机目标的矩量法分析

高频段雷达散射截面(RCS)分析作为隐身设计的基础,具有十分重要的研究意义,如何精确计算电大尺寸复杂飞机目标的RCS,是隐身设计的一个难题。针对这个问题,建立了一个无人机的真实尺寸模型,使用高精度的矩量法进行计算。为了使矩量法能适应电大尺寸复杂目标的计算,对三维实体模型进行了简化,并进行合理的网格剖分,应用多层快速多极子方法来提高计算效率,成功降低了计算量。经PEC球体验证了算法的有效性之后,对无人机模型进行计算,分别得到了单站RCS和双站RCS结果。分析结果发现单站RCS随频率的提高而增加,并受到几何外形和姿态角的影响;双站RCS的散射方向与入射波的极化方向有关,呈现出明显的对称性,并且前向散射比后向散射更为明显。     

飞行器RCS仿真建模方法研究

雷达散射截面RCS（Radar Cross Section）是基于平面波照射下目标各项同性散射的概念。飞行器RCS的仿真建模在飞行器的仿真过程中既是重点，也是难点。结合雷达模拟器研制过程中对飞行器雷达散射截面仿真建模的实际需求，在建立简化飞行器外形模型和六自由度运动姿态计算的基础上根据目标外形建模特点，将飞行器分解为机头、机身、机翼三种类型的散射体进行研究。针对各类部件的不同特性，综合运用了几何光学法、物理光学法和绕射理论计算飞行器RCS。这种理论建模方法简单，物理概念清晰，计算量不大，能满足仿真实时性要求。     

电大尺寸卫星目标RCS的PO法计算与分析

文章给出了一种用于电大尺寸复杂目标雷达散射截面的建模与计算方法,并利用该方法对电大尺寸理想导体的立方体和圆柱体进行仿真验算.通过与矩量法的计算结果比较表明,该方法能快速有效地解决电大尺寸复杂目标的电磁散射问题.文章最后给出了卫星目标RCS的计算实例,并分析了卫星表面的天线和推进器等细小结构对卫星总体的RCS贡献,确定了卫星的主要散射源.     

基于雷达散射特性的复杂目标SAR图像仿真

高频区复杂目标宽带雷达特征信号仿真,尤其是两维SAR图像的仿真对雷达目标识别和SAR图像解译具有重要意义.根据复杂目标三维模型运用物理光学(PO)法与增量长度绕射系数(ILDC)法结合的改进图形电磁算法快速计算目标雷达散射截面,而后通过对不同SAR成像模式的研究建立SAR仿真成像系统,从而分别仿真得到StripSAR、SpotSAR、ISAR图像.仿真结果与真实图像相比具有较好的相似度,验证了方法的有效性.     

复杂目标的近场RCS估算

为了预估复杂目标的近场雷达散射截面(RCS),通过图形电磁计算方法(GRECO)来求得复杂目标远场散射中心的雷达散射截面,采用z-buffer遮挡消隐技术来提取面元远场散射中心的位置,然后给出一种预估复杂目标近场RCS的方法.在雷达天线与目标之间的距离不是太近的情况下,通过仿真目标的远场和近场RCS的分布情况,并对其结果进行比较分析.可以证明该方法计算出来的近场RCS是有效的、准确的,可以应用到实际工程中去分析和解决问题.     

曲面机身剖面参数设计与隐身性能优化

研究飞机的战斗力和生存力问题,为了降低机身侧向雷达散射截面(RCS),对机身剖面参数进行设计和优化.将典型曲面机身分段进行剖面参数化造型,并建立曲面机身模型,利用多层快速多极子方法计算机身RCS,研究了机身上下表面最小法线斜率角和尖劈角对机身侧向RCS的影响.通过对不同剖面参数机身的计算,采用径向基函数建模方法建立机身侧向RCS对机身剖面参数的响应面,根据序列二次子规划方法对机身模型剖面参数进行优化.优化后的机身模型侧向RCS分别较优化前椭圆机身尺寸降低了,验证了剖面参数优化和RCS减缩的有效性.     

基于3D建模的一维距离像仿真研究

研究了基于3D建模的一维距离像仿真方法。首先,对复杂目标进行3D几何建模,并对其进行合适的剖分,通过模型处理导出剖分单元信息;然后,对各个剖分单元的RCS进行电磁建模计算,整个复杂目标的回波可以看成是各个剖分单元回波的叠加;最后,将回波进行脉冲压缩就可以得到该复杂目标的一维距离像。仿真结果表明了该方法的有效性,同时还给出了两种舰船目标的一维距离像。     

等离子体包覆目标RCS可视化计算

本文研究了高频区等离子体包覆目标的RCS可视化计算,将等离子体包覆目标的RCS计算分两部分完成,首先分析电磁波在等离子体中传播的折射衰减及碰撞衰减,将衰减后电磁波利用GRECO算法完成目标RCS计算,与诸如FDTD等数值算法相比,本方法不受目标大小限制,能够快速计算出等离子体包覆目标RCS值,为等离子体隐身技术的工程应用提供了理论参考.     

基于RCS精确预估的机动目标切片仿真方法*

给出了一种基于目标RCS精确预估的机动目标SAR图像切片仿真方法。详细介绍了目标几何建模、电磁计算、目标成像的整个流程,并将仿真图像与MSTAR图像数据进行了对比。仿真实验结果表明,该方法有效解决了机动目标多参数空间SAR图像数据的获取问题。     

Octree-based fusion for realtime 3D reconstruction

This paper proposes an octree-based surface representation for KinectFusion, a realtime reconstruction technique of in-door scenes using a low-cost moving depth camera and a commodity graphics hardware. In KinectFusion, the scene is represented as a signed distance function (SDF) and stored as an uniform grid of voxels. Though the grid-based SDF is suitable for parallel computation in graphics hardware, most of the storage are wasted, because the geometry is very sparse in the scene volume. In order to reduce the memory cost and save the computation time, we represent the SDF in an octree, and developed several octree-based algorithms for reconstruction update and surface prediction that are suitable for parallel computation in graphics hardware. In the reconstruction update step, the octree nodes are adaptively split in breath-first order. To handle scenes with moving objects, the corresponding nodes are automatically detected and removed to avoid storage overflow. In the surface prediction step, an octree-based ray tracing method is adopted and parallelized for graphic hardware. To further reduce the computation time, the octree is organized into four layers, called top layer, branch layer, middle layer and data layer. The experiments showed that, the proposed method consumes only less than 10% memory of original KinectFusion method, and achieves faster performance. Consequently, it can reconstruct scenes with more than 10 times larger size than the original KinectFusion on the same hardware setup.     

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准确性。     

GPU在复杂场景的阴影绘制中的应用

通过有效利用图形硬件的图形处理单元（GPU）的运算能力和可编程性，将人量计算从CPU分离出来。在GPU上采用顶点和片元程序进行阴影计算，从而加速复杂场景阴影绘制。选择图像空间阴影算法进行GPU加速绘制。用Cg图形编程语言和OpenGL实现了算法的绘制过程，能够满足通用的复杂3D场景应用的需要，达到满意的实时绘制效果。     

具有散射效果的室内外光束实时绘制

依据空气散射的物理原理,提出一种高效的能够实时模拟动态自然光束的真实感绘制方法.首先推导出散射计算的解析表达式以取代传统的数值积分方法;然后基于 GPU 特点设计了一种有效的光束体表示,作为光束体和阴影体统一形式共同参与 GPU 着色器的运算,从而生成具有阴影效果的光束.该方法不仅可以模拟单个光源形成的光束,还可以实时模拟动态太阳光源产生的多个自然光束.由于采用了 GPU 加速计算,可以满足实时应用需求.     

二面角的双基地散射特性分析

二面角效应是高分辨率 SAR 图像非常重要的特征,其主要是建筑物的墙面和地面及其他人造物体形成的二面角造成的强反射。为了减小二面角的雷达散射截面积(Radar cross section,RCS) ,常用的技术是改变二面角的几何结构。双基地雷达是一种几何配置灵活的雷达,具有一定的反隐身能力。本文主要利用几何光学分析了不同张角二面角的散射特性及其SAR图像表现形式。针对二面角的多次散射问题,计算了散射次数和最终出射角度的通项公式,并给出了双基地条件下二面角RCS的定量计算公式。仿真结果表明,不同张角的二面角RCS和双基地雷达的几何结构密切相关,在特定的双基地雷达几何配置下,二面角在双基地SAR图像中 表现为角点处的强点。     

并行时空处理模型下的快速N-body算法

图形处理器(graphic processing unit,GPU)的最新发展已经能够以低廉的成本提供高性能的通用计算。基于GPU的CUDA(compute unified device architecture)和OpenCL(open computing language)编程模型为程序员提供了充足的类似于C语言的应用程序接口(application programming interface,API),便于程序员发挥GPU的并行计算能力。采用图形硬件进行加速计算,通过一种新的GPU处理模型——并行时间空间模型,对现有GPU上的N-body实现进行了分析,从而提出了一种新的GPU上快速仿真N-body问题的算法,并在AMD的HD Radeon 5850上进行了实现。实验结果表明,相对于CPU上的实现,获得了400倍左右的加速;相对于已有GPU上的实现,也获得了2至5倍的加速。     

X射线粉末衍射仪智能辅助校正系统

X射线粉末衍射仪（X-Ray powder Diffraction,XRD）是物质研究的精密仪器,物理结构复杂,微小的硬件偏差会对衍射数据质量造成影响,对其硬件设备进行偏差校正将有效保证数据正确性,在校正偏差前需要进行偏差类型识别.通常衍射仪设备调校多由设备厂商专家使用专用仪器和设备逐项排查的方式进行偏差校正,对人员经验有较高依赖、调校过程复杂且效率低.为了提高偏差识别效率,本文探讨了X射线粉末衍射仪偏差类型及其产生原因,并开发了一套基于分类预测的X射线粉末衍射仪智能辅助校正系统.该系统采用通用计算机硬件平台,通过特征提取、模型训练等步骤分析标准样品衍射数据,自动化识别仪器状态、辅助校正.结果表明该系统可以快速识别偏差,达到辅助校正的目的.     

Multiple parallel FPGA implementations of a Kolmogorov phase screen generator

Modelling the effects of wavefront distortions over a finite aperture is an essential component in the simulation of adaptive optics configurations, prediction of performance of laser designators and atmospheric imaging simulations like generation of infrared (IR) scenes in the presence of atmospheric turbulence. In all of these applications many thousands of phase screens need to be generated. The computation time required for a large iterations of algorithms that model this effect is important an issue and for this reason there have been many previous attempts to improve the computation speed such algorithms. In this paper, the computation performance of the best previous algorithm that models this phenomenon is substantially improved using high performance reconfigurable computing through acceleration of the key computationally intensive steps of the algorithm on a field programmable gate array (FPGA). Our best hardware implementation can provide a speedup of more than 60 times the original algorithm.