电大尺寸复杂目标高频宽带散射算法研究

发布时间：2020-07-25 17:16

【摘要】：高分辨雷达因其成像精度高,能全天候工作等优点在目标雷达成像和识别领域具有广阔的应用前景。而实现高分辨率也就要求高的工作频率及带宽,致使雷达工作频率不断向着红外波段和太赫兹波段延伸,为作为其基础的目标电磁散射的研究提出更高要求。一方面频率的提升导致目标电尺寸不断增加,使电大尺寸复杂目标电磁散射特性的精确分析和预估成为亟待解决的问题；另一方面伴随雷达工作频带的不断展宽,对目标宽带甚至超宽带电磁散射特性的快速准确预估的需求日渐加强。因此,开展电大尺寸复杂目标高频宽带电磁散射相关算法的研究具有十分重要的理论意义及军事应用价值。基于上述背景,本文着重研究了以下内容：1、应用图形电磁学方法计算了太赫兹频段电大尺寸目标的雷达散射截面(RCS)。针对太赫兹频段单屏像素数量不足以满足计算精度要求的问题,采用分区显示算法将目标分区域逐次显示在屏幕上,并提取像素有效信息进行后续计算,同时对于目标剖分单元数量庞大带来的计算量剧增的问题,应用OpenMP技术并结合OpenGL中的显示列表技术加速计算过程。在此基础上通过引入Lorentz-Drude模式计算了常见的三种金属的电磁参数随入射波频率提高的变化曲线,并以垂直入射平板为例讨论了金属目标散射截面随入射波频率由高频到太赫兹及光学频段的变化规律。2、着重对介质体目标的高频散射特性的计算方法进行研究。在分析了包括传统表面积分方法在内的电大介质目标散射算法的基础上,基于体积分方程,引入广泛应用于逆散射综合问题的传统Born近似和Rytov近似,分别从矢量波动方程和标量波动方程出发,利用近似条件弱化场量间相互关系,进而实现弱散射介质体目标RCS的简化计算,并结合半空间格林函数给出半空间环境下的弱散射体目标散射特性计算方法。3、在研究了用于计算腔体RCS的弹跳射线法的基础上,针对传统弹跳射线法中积分傅里叶变换的局限性,重新推导了对应于三角剖分单元的数值积分公式,然后结合图形电磁学和等效电磁流法等方法,对含腔的金属、介质复合目标上具有不同散射机理的的部分结构采用不同的计算方法进行计算,最终基于散射中心叠加理论,将各部分散射场进行综合,实现对电大尺寸复合目标的整体RCS进行计算分析。4、将幅相分离插值方法应用于半空间目标宽带电磁散射特性的分析中。针对半空间散射体表面感应电流的特性,将主要相位因子提出单独考虑,余下随频率变化相对平滑的剩余项运用最佳一致逼近快速求取其宽带特性,再结合半空间格林函数求解半空间背景下目标的电、磁矢量及标量位函数,进而求解其散射场,最终实现对半空间目标的宽带电磁散射特性分析计算。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN011
【图文】：

ＪＣ逡逑图２．１物理光学积分区域示意图逡逑如图２．１所示，在满足上述假设的条件下，可由矢量麦克斯韦方程经过进一步逡逑推导得出的Ｓｔｒａｔｔｏｎ－Ｃｈｕ积分方程出发求解目标散射场。散射电场与磁场可由此给出：逡逑护二N＂（／ＩＸ巧ｘＶ所＋抑／／（ＡＩＸ巧）卿＾／／．巧￥彟］成逦口－１）逡逑４丹．Ｓ逦—逡逑好＝？＾１邋［（＂ｘ／／）ｘ%藉�—Ｊ．历ｃ（＂ｘ￡＂）挪好�

本文编号：2770122