基于自适应射线管分裂的多次反射计算方法

传统弹跳射线（shooting and bouncing rays, SBR）方法采取按均匀射线管的方式进行射线追踪,因此,在计算电大尺寸复杂目标多次反射时,需要处理海量射线,计算效率极低,应用上受到很大限制。提出了一种基于复杂目标不规则三角网（triangle irregular network, TIN）模型的自适应射线管分裂算法（adaptive ray tube splitting algorithm, ARTSA）,利用TIN模型信息动态生成非均匀初始射线管,经过与模型三角面元的求交、多边形裁剪和三角化处理,将初始射线管自适应分裂成多个子射线管,利用口面积分（aperture integral, AI）法计算各子射线管的多次反射场,通过相干叠加获得目标多次反射贡献。与传统SBR方法相比,在相同计算精度下,所提算法能极大地减少射线追踪数量,显著提高计算电大尺寸复杂目标多次反射的效率。     

复杂飞行器目标强散射区求解及RCS减缩

对目标表面强散射区涂敷雷达吸波材料（radar absorbing material, RAM）是雷达散射截面（radar cross section, RCS）减缩的有效方法。基于射线追踪法（shooting and bouncing rays, SBR）提出一种确定复杂目标强散射区的方法：根据射线管出射方向与雷达接收方向的夹角判断强散射区。分析了复杂目标强散射区涂敷RAM的RCS减缩特性,并研究了判断夹角取不同值时强散射区大小和涂覆RAM后的减缩效果。计算结果显示,对强散射区涂覆RAM可以在重量增加不大的情况下有效降低目标RCS值。     

空中复杂目标对背景红外辐射的散射的并行计算

提出一种快速计算非朗伯面空中复杂目标对背景辐射的散射的方法。使用Modtran软件计算天地背景红外辐射亮度。将复杂目标表面划分成三角面元并在探测方向进行遮挡消隐处理,在图形处理器（graphic processing unit, GPU）内按背景光入射方向划分计算线程,线程内利用五参数双向反射分布函数（bidirectional reflectance distribution function, BRDF）模型计算可见面元对一个方向入射的红外辐射的散射亮度。把所有可见面元的计算结果加权平均获得复杂目标对背景辐射的散射亮度。通过对某飞机目标的计算结果对比发现,基于GPU的并行算法计算速度比中央处理器(central processing unit, CPU)提高了百倍以上。     

反射张量在射线追踪法中的应用

针对射线追踪法(shooting and bouncing ray, SBR)中反射路径计算,提出了采用反射张量表示单次和多次反射作用的方法,并进行了详细推导。对于同一反射路径,射线方向、极化方向的变化可以用同一个张量与原方向的点积表示。通过分析张量的运算,研究了单站情形不同极化下射线追踪法计算结果。算例表明,反射张量表示方法用于射线追踪法正确、有效,可方便地对各种构型的散射目标进行分析研究。     

一种计算电大尺寸复杂导体目标电磁散射的MoM-SBR/PO混合法

作为传统MoM和PO混合法(MoM-PO)的拓展,提出了一种组合MoM、SBR和PO的混合方法(MoM-SBR/PO)用于计算电大尺寸复杂导体目标的电磁散射。利用基于射线密度归一化(RDN)概念的SBR方法有效地考虑了PO区域之间的多次反射影响,简化了PO区域内的耦合计算,避免了耗时的迭代求解过程和格林函数的选择等难点,提高了计算效率。数值结果验证了该方法的有效性和正确性。     

电流步进法实现低频区RCS可视化计算

基于电流步进法的原理,导出了求解任意理想导体目标在照明区及阴影区感应电流佘式,弥补了物理光学在计算目标阴影面的精确电流的不足。通过对目标表面按照入射雷达波波长进行剖分,可获得散射体表面在离散表示式,利用此感应电流的离散方程组,在入射电磁波方向前向/后向反复迭代,可得到积分电流的唯一值,通过Stratton-Chu积分公式,可得到飞行目标雷达散射截面积(RCS),该方法收敛迅速,适合低频复杂目标计算。计算结果与试验结果吻合良好。     

基于HPP/PO的舰船与海面耦合散射快速算法

针对粗糙海面上舰船类超电大尺寸复杂目标电磁散射问题,提出了一种基于混合面元投影(HPP)和物理光学法(PO)的计算目标与海面耦合散射的快速算法。首先建立基于海谱的海面几何模型,并考虑海面面元的微粗糙特性,修正海面反射系数,然后针对目标和海面的结构特点,形成两种尺度面元混合的目标与海面模型,对电磁波在海面和目标之间的多次反射按照GO原理进行快速投影运算,并利用PO计算投影区域的散射贡献,最后给出了几组典型实例的计算结果。数值计算表明,该方法对于海面舰船类目标的散射计算是高效、准确的。     

基于高频方法分析电大尺寸目标的散射

采用物理光学法及其改进方法分析电大目标的雷达散射截面。作为对物理光学方法的修正,采用等效电磁流法计算了物体棱边绕射场的贡献。由于电磁波在腔体内存在多次反射,物理光学方法对于腔体的电磁散射问题给出的结果误差较大。为此,可以采用迭代物理光学法和弹跳射线法计算腔体散射。分别采用迭代物理光学法和弹跳射线法方法计算了腔体电磁散射,并且对迭代物理光学法与弹跳射线法方法的优缺点进行了对比。最后,提出利用图形处理器加速弹跳射线法方法的射线追踪部分,实现了弹跳射线法方法的有效加速。数值结果表明上述方法是有效的。     

高超声速伸缩式变形飞行器再入轨迹快速优化

针对高超声速变形飞行器再入轨迹优化问题, 研究了一种基于改进高斯伪谱法(Gauss pseudospectral method, GPM)的快速优化方法。首先,针对一种采用伸缩式机翼的高超声速变形飞行器, 建立了将展长变形量扩展成为控制变量的再入轨迹优化模型。其次, 采用GPM将轨迹优化问题转化为非线性规划(nonlinear programming, NLP)问题, 并基于NLP偏导数的稀疏性推导目标函数梯度和约束Jacobian矩阵的高效计算方法。最后, 优化求解了变形飞行器的最大横向航程、再入可达区、最大终端速度和最小飞行时间。仿真结果表明, 推导的梯度计算方法可有效提高优化求解效率, 变形飞行器相对于固定外形飞行器的性能更加优越, 最大横向航程、可达区覆盖范围、最大终端速度和最小飞行时间等指标均有显著提升。     

基于三角面元的涂层目标FDTD共形网格生成技术

提出了一种基于三角面元数据生成涂层目标时域有限差分（finite-difference time domain, FDTD）共形网格的方法。通过将原目标中各三角面元的顶点沿曲面在该点处的法线方向内移（内涂层）或外移（外涂层）所需的厚度,得到一组关于涂层的三角面元数据。其中曲面上各顶点处的法线方向近似等于包围该顶点的各三角面元的单位法向的矢量和。对于局部涂敷的情况,可根据需要只将涂敷部分所包含的三角面元顶点进行相应的移动,而其余顶点的位置保持不变。利用投影求交法,由原目标的三角面元数据和新生成的涂层三角面元数据即可得到共形FDTD计算所需要的共形网格参数。数值结果验证了方法的正确性和有效性。     

一种基于声线理论计算非相干平均声场的方法

由于计算量的问题,使用简正波方法解算高频段水声传播损失场受到很大的限制。传统射线声线方法虽然在解算速度方面具有优势,但常会引入一些奇异点。为此提出一种基于声线理论计算平均声场的快速算法-声线分组法。此方法无需进行本征声线解算,而是通过对发射声线分组,并对各组声线束损失因子在距离深度平面分格内的加权平均进行非相干求和计算平均声场矩阵。声线分组法与现有由BELLHOP程序实现的有限元方法相比计算结果具有很好的一致性,并且能够避免奇异点的产生,同时解算速度可以提高30%以上。     

基于SBR和像素法的复杂目标的RCS计算

介绍了计算空腔内部高频电磁散射的射线跟踪法,推导了未进行简化处理的口径积分公式。与已有的计算结果相比,矩形截面直进气道的计算结果与参考值的吻合效果更好。从散射中心的观点出发,将像素法和射线跟踪法结合应用,给出了计算公式,通过软件实现了这些算法。给出了某无人机利用该算法得出的计算结果,并与实验值进行了比较分析。     

平面波激励的超宽带天线口径辐射特性研究

如何高效而又有较少拖尾的将信号辐射出去是超宽带天线的设计关键,利用FDTD方法研究了在平面波激励的情况下口径形状和激励脉冲的脉宽与辐射波形之间的关系,得出在不同口径形状的情况下口径辐射场不仅与口径形状有关还与所加激励源的极化方向有关,即口径窄边与激励源极化方向一致时,辐射场幅值最大。实验分析表明该方法的有效性。     

基于光线跟踪的碰撞检测技术

基于光线跟踪原理,将光线跟踪算法中光线与物体求交的运算方法运用到虚拟现实的碰撞检测技术中,介绍了光线与平面、球面、二次曲面的碰撞求交及碰撞响应,在VC平台和OpenGL下精确地实现了模型小球的碰撞检测。     

基于模糊贝叶斯-ANP舰载机出动回收综合评估

航空母舰作为一个典型的复杂系统, 舰载机的出动回收效率是衡量整个系统作战能力的重要指标。描述出动回收效率的指标众多, 且指标之间关系复杂。为确定指标之间的相互关系, 避免在评判过程中主观性判断产生的缺陷, 提出了基于三角模糊数的扩展贝叶斯融合法评估舰载机的出动回收效率。针对网络层次分析法(analytic network process, ANP)分析过程中的主观性判断, 采用基于三角模糊数的尺度标准, 并结合历史实验数据和专家评判进行综合分析。仿真算例中, 通过多组对比实验分析, 验证了所提方法中采用模糊数以及融合专家经验和历史实验数据的合理性与有效性。     

相似目标识别的投影子空间构造方法

基于值空间投影的合成孔径雷达目标识别技术要求不同目标的值空间的交集应尽可能小。然而,对具有相似形态及结构的目标进行识别时,相应目标的值空间存在较大的交集部分,影响识别性能。通过约束投影空间与值空间的关系,提出一种有效构造投影空间的方法。该方法可以增大相似目标在投影空间投影的差异,提高目标识别性能。实验结果表明,本文方法构造的投影空间增大了不同目标间的可分性,识别性能及识别效率明显优于其他经典识别方法。     

复杂场景散射中心模型化与雷达成像应用

在复杂场景中, 目标与环境之间的耦合散射会造成雷达图像特征的干扰, 这一问题给雷达目标自动识别与跟踪技术带来了困难, 成为雷达、电磁领域持续关注的热点研究问题。目前, 使用传统的电磁数值计算方法对复杂场景散射问题进行仿真, 所需计算资源巨大, 耗时很长, 而且多限于针对单一类型复合目标, 难以满足实际工程应用需求。针对此问题,提出了复杂场景散射中心模型化的方法, 集成散射中心模型、物理光学法、积分方程法、四路径模型、射线追踪等方法为一体, 实现了复杂场景、群目标雷达成像快速仿真。本文给出了三种有代表性的复杂场景的逆合成孔径雷达成像仿真结果, 验证了本文方法的可行性及泛用性。