基于Spark的近海与舰船目标复合散射特性研究

发布时间：2020-11-14 19:41

　　 近海背景下舰船目标复合散射特性研究在军事、民用等领域应用广泛,意义深远。本文根据随机介质中的电磁散射理论,对近海海面几何起伏特性及其电磁散射特性进行仿真。在此基础上,突破海面与目标间耦合散射的计算困境,利用弹跳射线法(SBR)对其复合散射特性进行仿真,并结合Spark分布式系统对实际近海环境中电大尺寸目标回波特性进行仿真,为新体制雷达研制、目标探测、跟踪、识别提供理论依据和技术支撑。论文工作如下:1.在传统JONSWAP海谱模型中,引入变浅因子,用以衡量水深变量对海面起伏的影响,并利用蒙特卡罗方法(Monte Carlo)对所建立的近海几何模型进行仿真,分析水深、风速、风区、风向角等因素对模型几何特性的影响。运用3DS MAX、FEKO等软件实现不同舰船目标精确建模,并基于Rhinoceros软件中逆向工程、布尔运算等方式构建近海背景下舰船复合模型。2.在精确建立近海、舰船复合模型的基础上,提出优化的SBR方法计算复杂场景雷达散射截面(RCS)。首先,通过修改目标面元的介电参数,以考虑不同介质的影响,并通过等效电磁流法(MECA)计算面元表面电磁流,拓展PO方法适用范围。其次,利用邻域k-d树、反向追踪等技术来提高GO方法中的射线寻迹、遮挡判断的效率和准确性。此外,应用多线程并发计算,实现程序工程上的加速优化。最后,运用改进SBR方法,计算近海背景下舰船目标复合电磁散射,统计分析其规律特性。3.搭建Spark分布式系统,离散化近海模型与电大尺寸舰船目标模型。修正并迁移SBR至Spark集群,并行计算近海面上方舰船目标复合散射,克服传统方法在求解海洋环境中电大尺寸目标复合散射问题时计算效率低、内存需求大等限制,实现精确、快速的电磁仿真。
【学位单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：O441;U674.70;E91
【部分图文】：

向角确定的情况下，水深改变在几何模型的形状差异上没有明显体现，不考虑水深对海面波谱相位因子的影响。图2.7 近海面几何模型立体图图2.8 水深 3 m 的近海面几何模型图2.9 水深 5 m 的近海面几何模型 图2.10 水深 10 m 的近海面模几何型2.4.2 统计特性分析图 2.9 - 2.12 统计分析了水深、风速、风区、风向角等变量对近海几何模型的起伏特性的影响。仿真参数如下：风速 u 5m s，风区 X 40 km，风向角 0m ，水深 d 5 m，海面大小64 m 64 m，入射波频率 f 1.2 GHz。控制单一变量，修改对应参数，绘制图形。分析可知，随着水深的减少，非线性水动力作用影响增大，波峰升高

不考虑水深对海面波谱相位因子的影响。图2.7 近海面几何模型立体图图2.8 水深 3 m 的近海面几何模型图2.9 水深 5 m 的近海面几何模型 图2.10 水深 10 m 的近海面模几何型2.4.2 统计特性分析图 2.9 - 2.12 统计分析了水深、风速、风区、风向角等变量对近海几何模型的起伏特性的影响。仿真参数如下：风速 u 5m s，风区 X 40 km，风向角 0m ，水深 d 5 m，海面大小64 m 64 m，入射波频率 f 1.2 GHz。控制单一变量，修改对应参数，绘制图形。分析可知，随着水深的减少，非线性水动力作用影响增大，波峰升高，更为陡峭，波谷降低，更为平缓，与近海环境起伏特性相一致。在一定范围内，随着风速的增加，海面整体波动幅度

图2.7 近海面几何模型立体图图2.8 水深 3 m 的近海面几何模型图2.9 水深 5 m 的近海面几何模型 图2.10 水深 10 m 的近海面模几何型2.4.2 统计特性分析图 2.9 - 2.12 统计分析了水深、风速、风区、风向角等变量对近海几何模型的起伏特性的影响。仿真参数如下：风速 u 5m s，风区 X 40 km，风向角 0m ，水深 d 5 m，海面大小64 m 64 m，入射波频率 f 1.2 GHz。控制单一变量，修改对应参数，绘制图形。分析可知，随着水深的减少，非线性水动力作用影响增大，波峰升高
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本文编号：2883882