海面上电大尺寸目标电磁散射特性研究

基于几何光学法(GO)、物理光学法(PO)、射线弹跳法(SBR)和等效电流法(MEC),提出了一种快速计算金属海面上电大尺寸目标电磁散射的解析算法。该算法考虑了阴影效应,运用GO/PO+SBR计算了目标与海面的镜面反射以及它们之间的多次相互作用,并运用MEC计算了目标的棱边绕射以改进计算结果。应用该算法计算了平板上方规则金属目标的双站雷达散射截面(RCS),并与传统矩量法(MoM)进行比较,验证了算法的有效性。最后,计算了PM(Pierson-Moskowitz)海浪谱的随机海洋粗糙面上舰船模型目标的散射特性,并对计算结果进行了分析,讨论了海洋面以及入射波参数对散射结果的影响。     

一种飞翼布局无人机的RCS研究

对一种飞翼布局无人机(UAV)模型的雷达散射截面(RCS)进行了理论仿真估算和微波暗室测量.在仿真估算中采用了一种物理光学法(P0)+等效电磁流(MEC)法的混合高频计算方法,分别针对目标表面散射和目标边缘散射场进行计算.得出的理论结果与真实测量结果基本相符,证明在解决电大尺寸模型的RCS估算时以这种方法计算具有较高的可信度,能够满足仿真要求.     

基于动态RCS的舰船雷达回波仿真与分析

研究电大复杂目标的雷达散射截面(RCS)计算及雷达回波模拟仿真技术具有重要意义。基于物理光学法（PO）和弹跳射线法（SBR）设计了一款仿真软件,综合考虑海杂波和噪声的作用,计算舰船动态RCS及雷达回波。针对3种形状、大小不同的船模计算RCS值并仿真分析这些船模在不同场景下的雷达回波信号。仿真结果表明,相比设定RCS均值的方法,动态RCS计算方法更适合在复杂的海面情况中识别目标特性并提取有效信息。研究结果可为雷达系统仿真中的目标识别及电磁隐身技术提供可靠计算方法。     

三维随机粗糙海面与舰船的复合电磁特性的高频方法分析研究

3维随机粗糙海面与其上方复杂目标复合电磁(EM)散射特性的建模与分析在微波遥感、目标识别、雷达成像、导弹制导等领域中有着重要的研究价值。该文主要研究了基于高频算法的随机粗糙海面及舰船的复合电磁散射特性,开发了PO-IPO混合方法,为3维随机粗糙海面与复杂目标一体化高效求解提供了新思路。文中分别使用了物理光学方法(PO)、迭代物理光学方法(IPO)、PO-PO以及PO-IPO混合方法对海面及舰船进行了建模与仿真,其中,引入锥形波来代替平面波作为发射源,锥形波可以更好地抑制粗糙面在边缘位置被突然截断而形成的电磁反射和边缘绕射等效应。从数值仿真结果中可以看出,PO-IPO混合方法可将复杂物体本身面元间以及粗糙海面与物体间的耦合作用考虑在内,因此PO-IPO可以作为一种有效的途径来快速获取随机粗糙海面及舰船的复合电磁散射特性。      

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。     

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.     

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...     

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0.3～0.4mm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。     

混合ACA和MLFMA方法计算复合目标电磁散射

采用矩量法(MoM)计算电大尺寸的复合目标的电磁散射。为了能够高效快速地计算电大尺寸三维复合目标的电磁散射,提出一种新的混合方法,将自适应交叉近似(ACA)算法和多层快速多级子(MLFMA)算法相结合,共同加速矩量法的计算。其中,MLFMA用于加速目标与自身的作用,ACA用于加速目标与其他目标的相互作用。提出的混合算法在计算复合目标电磁散射时,可降低运算存储,缩短阻抗矩阵填充时间,并且能够加快矩阵矢量乘,且不影响计算精确度。数值算例表明,所提快速算法能够在保证电磁散射计算精确度前提下,比传统方法更高效。     

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。     

粗糙海面上舰船Kelvin尾迹的电磁散射仿真

基于点源扰动方法建立了舰船的Kelvin尾迹模型, 模拟了不同船速下的Kelvin尾迹.实际中, 舰船尾迹除了受到舰船自身参数影响外, 还会受到风驱海浪的调制.为了建立更为符合实际的Kelvin尾迹模型, 借助PM(Pierson-Moscowitz)海谱生成粗糙海面, 将其与Kelvin尾迹模型进行线性叠加后, 得到了粗糙海面上舰船尾迹.在该复合模型基础上, 利用物理光学法获得了不同入射情况下的单站、双站的雷达散射截面, 实现了海面舰船尾迹电磁散射的模拟仿真.这一过程的实现, 有利于更好地模拟舰船尾迹在合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)中的成像仿真, 同时为SAR成像中舰船尾迹以及舰船自身的识别奠定了基础.     

海况对海面目标雷达回波的影响分析

海面自身随机多变的特性会对海面目标的雷达回波信号检测产生重要影响。文中利用分形方法对海面建模仿真, 模拟了五种不同的海况,基于雷达工作原理设计了一款雷达视频回波信号仿真软件,提高了仿真的逼真度和实时性。针对雷达散射截面(RCS)不同的舰船目标模拟仿真雷达回波,研究了海况对海面目标雷达回波的影响。结果表明:随海况等级的增加,海杂波噪声信号增强,RCS 相对较小目标的雷达回波会逐渐被海杂波淹没。海面目标雷达回波仿真软件既能用于分析海面及目标的电磁散射特性;同时,在目标检测与识别中会有重要应用价值。     

目标与复杂地海面复合电磁散射研究现状综述

目标与复杂地海环境复合电磁散射研究一直是电磁领域一大重要课题.该方面研究在复杂背景中的目标探测（地海上方低飞导弹、飞机,海上舰船目标,地上坦克目标等）、资源勘探（浅层地下矿物质勘探）等领域发挥着巨大作用,使得该领域的研究变得紧迫且具有实际意义.大多数的目标都处在粗糙地海背景中,当电磁波入射到目标时,由于粗糙背景的存在,电磁波会与粗糙背景发生相互作用,对回波造成影响,进一步干扰目标本身的散射.在粗糙面上飞行、行驶目标及粗糙面下掩埋、半掩埋目标引起的电磁散射与其在自由空间中的散射特性是非常不同的,粗糙背景的作用很大程度上增加了目标探测和识别的不确定性.     

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。     

基于海情和三次样条插值算法的舰船雷达散射截面优化分析方法

不同风浪等级下的海面会对船舰目标雷达散射截面(RCS)分析产生强烈影响。该文建立了一种船舰模型,利用物理光学法与矩量法的混合算法(PO-MOM)分析了不同海情下的船舰目标远场单站RCS。之后研究了海情对船舰目标RCS测试结果的影响。最后提出了基于3次样条插值(Cubic Spline Interpolation, CSI)算法的优化补偿方法。结果表明,随着海情等级的增加,舰船RCS降低;利用3次样条插值算法进行补偿,其补偿结果的平均值误差小于0.38 dBsm,最大值误差小于0.05 dBsm,因此能有效地减少海情对船舰RCS测试结果的影响。     

The finite-element method with domain decomposition for electromagnetic bistatic scattering from the comprehensive model of a ship on and a target above a large-scale rough sea surface

The domain decomposition method (DDM) and finite-element method (FEM) are developed for numerical solution of bistatic scattering from the composite model of a ship on and a target above a two-dimensional (2-D) randomly rough sea surface under an electromagnetic (EM) wave incidence at low grazing angle. The coupling boundary conditions on the interface between two adjacent subdomains are derived when the conformal perfectly matched layer is used as the truncation boundary of the FEM, and the final coupling matrices are obtained by using the inward-looking approach. Because the computational domain with several millions of unknowns can be solved on a personal computer, our FEM-DDM method is powerful for scattering simulation of a very large-scale rough surface with targets presence. In addition to reduction of the memory storage, the superiority of this method in computing time over the conventional FEM is also demonstrated. Our codes are examined by the FEM without DDM, the forward-backward method (FBM), and generalized FBM for some simple cases. Numerical simulations of bistatic scattering from a comprehensive model of a ship on and a target above the 2-D randomly rough perfectly conducting sea surface in large electric scale are obtained, and its functional dependence on many physical parameters of the targets and oceanic status are discussed.     

水面舰船RCS统计模型分析

外场动态测量水面舰船的雷达截面(RCS)是获取其电磁散射特性的一种重要手段.由于受水面舰船航行时姿态变化及测量环境等影响,RCS的起伏是随机的,不规律的.首先分析了离散数据统计方法,针对某型民船的外场实测RCS数据建立了统计模型,并对其进行拟合分析,得到了其RCS起伏的统计分布规律.