基于矩量法的高速运动目标的电磁特性散射研究

发布时间：2020-04-26 22:23

【摘要】：高速运动目标的电磁散射特性研究对国防、科技、军事等各个领域都有着非常重要的价值,成为当代世界大国大力发展的对象之一。至今为止人们提出了各种方法来研究该课题。如有限元法与洛伦兹变换相结合;时域有限差分方法与洛伦兹变换相结合。而用矩量法来研究该课题的很少看到。作为研究比较成熟的经典算法之一,在电磁散射计算方面矩量法有着自己独特的优势。第一,矩量法只需要对散射体表面,或者散射体占有的空间进行离散;第二,辐射条件通过格林函数在积分方程中可以自动满足,不需要另外考虑吸收边界条件。本文以矩量法和洛伦兹变换为理论依据,研究了超高速运动目标的电磁散射特性。主要研究步骤为以下四个方面:1)利用相对理论对移动的方块形状进行变换,并且将实验系坐标下的入射波变换到静止系下;2)在静止系中运用矩量法法计算导体或介质体的表面电流和表面磁流;3)利用近远场变换得到远场区的散射场。4)将散射场经过变换回到实验系下。本文主要工作如下:1.本文简要介绍了矩量法基础知识,基函数与检验函数的选取依据,用矩量法求解一般电磁场问题的基本步骤。2.由洛伦兹变换基本公式出发,推导出了TM波和TE波在不同参考系下入射参数的洛伦兹变换与散射参数的洛伦兹变换。并由推导出的散射角频率与入射角频率的关系得出了多普勒效应。并利用Matlab计算出了不同角度入射波入射后的多普勒效应,并予以分析。3.利用矩量法求出高速运动目标表面电流,进而求出TM波和TE波入射情况下的双站散射宽度,通过不同速度的对比,得出结论。计算结果表明,不同的运动速度对目标雷达散射的影响和多普勒效应不可忽略。多普勒效应与入射角、目标运动速度及散射角有关,且关于目标运动方向对称。
【图文】：

不同惯性系统间的新变换关系式［３６】。此变换在运动速度远远小于光速时，即蜕化逡逑成伽利略变换。现假设两做相对匀速运动的惯性参考系（ｓ和ｓ＇）之间的坐标变换逡逑如图３．１所示如果ｓ参考系的坐标轴分别为ｘ、ｊ和ｚ，ｒ参考系的坐标轴逡逑分别为Ｘ’、／和ｚ’。为了便于处理，假设Ｘ、ｚ轴分别平行于Ｘ＇、／、ｚ’轴，逡逑ｒ系相对于ｓ系以速度Ｖ沿Ｘ轴的正方向运动，当ｔ＝ｔ’＝ｏ时，ｓ系和ｒ系的原点逡逑互相重合。同一个物理事件在ｓ系和ｒ系中的时空坐标关系式如下所示：逡逑２邋２＊逡逑▲邋▲逡逑Ｓ逦Ｚ＇逡逑ｙ邋ｙ逡逑图３．１相对运动坐标系逡逑ｘ＇＝ａｕｘ＾－ａ２ｌｃｔ逡逑ｙ邋＝邋Ｖ逡逑（３－１）逡逑ｚ邋＝邋ｚ逡逑ｃｔ＇＝邋ａ２］ｘ邋＋邋ａ２２ｃｔ逡逑对于图３．１中所示坐标系，有由光速不变性知逡逑１２逡逑

逡逑斯基空间，如图３．２所示。相应的，沿ｊｃ轴运动的物体洛伦兹变换改为：逡逑Ｍ逡逑警逡逑＾逦ｌ逦！逦？邋ｒ逡逑图３．２洛伦兹变换逡逑ｒ邋0邋0邋ｊＰｒ逡逑Ｌ＝逦°逦１０逦０逦（３－１０）逡逑０逦０逦１０逡逑＿－ｊｐｙ邋０逦０邋ｙ邋＿逡逑洛伦兹逆变换为：逡逑ｒ逦0逦0逦－ｊＰｒ逡逑ｒ１邋＝ｌｔ邋＝逦０逦１逦０逦０逦（３－ｉｉ）逡逑ｏｏｉ邋ｏ逡逑ＪＰｒ逦0逦0逦ｙ逡逑其中，ｒ１是ｚ的逆矩阵，ｚＴ是ｚ的转置矩阵。而由于矩阵ｚ满足转置矩阵等于逡逑其逆矩阵，满足正交矩阵的定义。由于是复数矩阵，又叫酉矩阵ｔ％。在闵可夫斯逡逑基空间复洛伦兹变换为：逡逑＇Ｘ＇逦（逦ｙ逦０逦０逦价丫邋ｘ、逡逑少＝0逦１逦°逦°邋ｙ逦（３－１２）逡逑ｚ＇逦０逦０逦１逦０邋ｚ逡逑、火Ｉ－．／／？，，。。，人凡逡逑逆变换为：逡逑＾邋ｘ邋ｆ邋ｙ邋０邋０邋－＿／你丫；ｃ’、逡逑？＾邋＝邋°邋１0逦°邋少逦（３－１３）逡逑ｚ逦０逦０逦１０邋ｚ＇逡逑０邋０逦ｒ邋Ｊｌｊｃ。逡逑１５逡逑
【学位授予单位】：安徽大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O441

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本文编号：2641956