电磁散射的等效性研究

发布时间：2020-08-01 20:39

【摘要】：目标的电磁散射特性的研究在微波遥感、雷达制导与截获、目标隐身与识别以及目标特征提取等方面都具有重要的理论意义和广泛的应用前景。但存在部分散射问题利用常规的求解思路会遇到很大的困难,针对这类问题本文在电磁上保证等效性的情况下对问题进行等效转化进而求解。以该思路研究了三个子课题。针对电大、平面型的目标的电磁防护,提出目标与环境电磁趋同设计的思路,通过改变目标的散射特性达到和周边环境的散射特性相近从而减少被电磁识别实现目标的防护。由于电大、平面型目标的电磁散射特性主要跟其反射系数有关,故可以将目标和周边环境(光滑、平整、电大特点)电磁趋同设计转化到两者反射系数一致的设计上。以航母甲板、公路为例,通过在其表面涂覆介质材料来实现反射系数的改变。利用遗传算法,通过以反射系数作为优化的目标函数,搜寻最优涂覆材料,并在不同的角度、极化、带宽下对涂覆于目标上后的反射系数和周边环境反射系数的趋同效果进行验证,取得了比较好的效果。对于半空间下目标的散射利用半空间格林函数进行求解,会涉及到Sommerfeld积分,而该积分高震荡、慢衰减、积分无穷,积分附近的奇异性的特点,一直是计算的难点。为了避免Sommerfeld积分的计算,本文通过等效建模将半空间问题转化为自由空间问题。首先通过在理论上证明了具有和半空间相同反射系数的涂覆PEC平板在上半空和半空间的上半空间是等效的,利用该结论,通过涂覆PEC平板替代半空间下的介质从而构造新的等效模型,然后通过对分界面合理有效的截断,实现将半空间无限大问题转化为自由空间的有限大目标计算,并利用自由空间的格林函数建立积分方程求解半空间问题,规避了Sommerfeld积分的计算。最后通过数值实例验证本文提出的模型正确性同时对比利用介质复合模型方法在计算金属目标时效率更高。对于有耗电磁系统利用缩比理论时会遇到电磁相似的第二不相容性(有耗介质色散的缘故)而使有耗系统的缩比理论无法在工程上应用。本文针对涂覆PEC目标,提出利用已有的涂覆材料构造与模型相同的表面阻抗的方案解决该问题。对于满足可用阻抗边界条件的涂覆PEC目标,证明几何模型一样的具有相同表面阻抗的两目标散射特性一致。并以此构造所需要缩比模型的替代模型,而满足表面阻抗一致可以利用已有的介质组合的材料来实现。这样可在工程上实现的替代模型和原型同样存在一般的缩比关系。也就是说,对于涂覆PEC目标,通过满足表面阻抗一致克服了第二不相容性,使得缩比关系可以在该情况下运用。对于由有耗介质组成的下半空间的半空间环境下目标散射的缩比测量的情况,对于下半空间介质参数相对较大的情况,本文利用一块等效阻抗与下半空间介质的阻抗一致涂覆PEC平板替代下半空间,这不仅解决了第二不相容性的问题,同时这大大简化了模拟外部环境的难度。实现在有耗半空间下有效、方便的利用一般缩比关系研究目标的散射问题。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN011

【参考文献】