一种舰船目标SAR回波的快速仿真方法

为满足合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)在海洋遥感的应用需求,提出一种舰船目标SAR成像的快速仿真方法。对成像场景中重点关注的目标进行精确电磁建模,并利用“四路径”模型计算目标与海面的复合散射回波,对海面背景采用散射面元法计算回波;将舰船复合散射回波与海面回波进行合成得到总的SAR回波,利用聚束SAR成像处理方法获得SAR图像。结果表明：该算法避免了对整个成像区域进行复杂的电磁仿真,能够有效降低对海面大场景的电磁计算效率。由于在目标区域采用高频电磁算法,保留了目标的电磁散射的精细结构,为精确模拟SAR回波提供了一种准确而高效的仿真算法。     

基于近场散射模型的超低空目标雷达回波模拟

近区超低空目标具有更为复杂的电磁散射机理, 需要建立更为精细灵活的回波模型。基于改进的物理光学与等效电磁流方法建立了目标的近场散射模型, 结合面元模型与“四路径”模型提出环境与多径的近区散射计算方法。利用建立的电磁模型, 以雷达导引头探测近区超低空目标为应用背景, 建立了雷达回波信号模型。验证了近场电磁模型的有效性, 仿真分析了信号带宽以及雷达与目标不同相对运动状态对回波信号的影响。仿真结果表明, 回波模型较好地表现了复杂场景的各种散射机理, 对于探索近区超低空目标回波的特征与规律具有理论意义与实用价值。     

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。     

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。     

一种基于GPU的复杂目标电磁散射快速算法

采用图形电磁计算方法计算复杂目标电磁散射特性时,因采用局部光照模型,在多次散射情况下有较大的误差。在研究光线跟踪算法原理和电磁散射物理光学理论的基础上,提出了复杂目标电磁散射计算的光线跟踪算法,并利用图形处理器(GPU)实现了该算法的硬件加速。计算结果表明,算法在提高计算精度的同时达到了与图形电磁计算方法相当的实时性,具有很好的工程应用价值。     

F117A隐身飞机的电磁散射特性研究

针对F117A隐身飞机通过独特的几何外形设计来实现隐身的特点,利用网络并行FDTD方法,在网络并行计算系统平台上,计算和分析了其电磁散射特性,包括低频散射特性、高频散射特性、俯仰特性、双基地特性和时域波形特性,同时还给出与微波暗室实测结果的比较,验证了计算结果的正确性。通过计算获得了一些有价值的数据和结论,为反隐身雷达设计提供了理论依据。     

埋地介质地雷电磁散射计算

为降低超宽带合成孔径雷达探雷中地雷检测的虚警,需要根据地雷的电磁散射特J陛设计检测器.把介质地雷等效为双圆柱结构,利用旋转体的结构特征用矩量法计算了半空间地雷的电磁散射,对各个步骤进行了详细分析.最后给出了某型号埋地塑料地雷电磁散射的计算结果,并与相同条件下同型号金属地雷的电磁散射进行了比较,分析了两者的不同特性,结果表明相同条件下介质地雷的散射回波与金属地雷的回波非常相似,但幅度明显小于金属地雷.     

介质体电磁散射的矩量法快速求解

针对传统低阶矩量法(MoM)几何建模复杂、计算量大等缺点,采用高阶矩量法和双线性表面技术对介质体电磁散射问题进行了研究。首先建立散射体的双线性表面几何模型,然后基于等效原理建立表面电磁积分方程,最后以典型散射体为例,采用高阶矩量法进行了仿真计算。计算结果表明,高阶矩量法结果不仅与MoM结果吻合很好,而且至少减少了50%的未知量,同时也节省了计算机内存。因此该算法在快速求解介质体的电磁散射问题时有一定的理论和应用价值。     

前向雷达目标回波成分与特性分析

一般认为双基地雷达在前向散射区(双基地角为135°~180°)的RCS较其他方向更大,前向雷达的应用正是建立在此优势的基础上。然而某些实际场景下天线所接收的电磁波并非散射波,而是散射波与发射天线辐射波的复矢量叠加。由于相位和电磁场极化方向的差异,总场表现出与散射场不同的变化特性。用全波法计算了扩展目标分别在近场、远场观测条件下前向区散射场、总场随距离和方位的变化,分析和总结了总场与散射场的数值特性差异。     

考虑近区多重散射的目标RCS图形电磁算法

计算目标雷达散射截面时,对于存在近区多次散射的目标,对存在近区耦合场的单元的识别非常复杂。从磁场积分方程出发,结合图形电磁计算平台GRECO,经过适当的坐标转换,可快速识别对单元产生耦合场的区域;同时,采用迭代物理光学方法,计算了典型目标的近场与远场RCS。数值算例证明了本方法的有效性,本方法考虑了目标的多重散射特性,使得图形电磁计算方法从物理光学方法扩展应用到迭代物理光学方法。     

高斯粗糙面透射波散射系数的基尔霍夫驻留相位法

采用高斯粗糙面来模拟实际粗糙面,根据基尔霍夫驻留相位近似法研究了粗糙面下方介质2中的电磁散射,结合高斯粗糙面的自相关函数导出了不同极化状态下高斯粗糙面透射波散射系数计算公式。通过数值计算得到了不同极化状态下高斯粗糙面透射系数随散射角、散射方位角及入射波频率变化的曲线,讨论了粗糙面参数和入射波频率对不同极化状态透射系数的影响,得出了高斯粗糙面透射系数的基本特征和随频率变化的特征。结果表明粗糙面高度起伏均方根和相关长度对高斯粗糙面透射系数有显著影响,而入射波频率则对其无影响。     

分层双轴各向异性介质电磁传播矩阵计算

在广义传播矩阵(general transmitting matrix, GTM)方法分析各向异性介质传播特性的基础上, 对分层双轴各向异性介质进行分析。构造双轴各向异性介质中横向场的状态矢量和耦合矩阵, 得到双轴各向异性介质中的本征波, 引入GTM, 获得分层双轴各向异性介质的反射系数和透射系数。对不同介质涂覆结构的角度特性和频率特性进行分析, 数值计算结果与商业软件结果高度一致。进一步将电磁传播矩阵与弹跳射线(shooting and bouncing ray, SBR)法相结合, 获得介质涂覆目标的电磁散射特性, 所得雷达散射截面结果与商业软件结果之间的均方根误差小于3 dBsm, 体现了该方法的准确性。     

三角形金属周期结构的电磁散射

本文分析了介质薄层上三角形周期结构的电磁散射特性,为设计方便起见,给出了等效电纳的表达式,并给出了传输系数和等效电纳的数值结果。计算结果表明,在平面波为水平极化和垂直极化情况下,等效电纳分别是电容性和电感性。     

Fast 3D EM scattering and radiation solvers based on MLFMA

As the fastest integral equation solver to date, the multilevel fast multipole algorithm （MLFMA） has been applied successfully to solve electromagnetic scattering and radiation from 3D electrically large objects. But for very large-scale problems, the storage and CPU time required in MLFMA are still expensive. Fast 3D electromagnetic scattering and radiation solvers are introduced based on MLFMA. A brief review of MLFMA is first given. Then, four fast methods including higher-order MLFMA （HO-MLFMA）, fast far field approximation combined with adaptive ray propagation MLFMA （FAFFA-ARP-MLFMA）, local MLFMA and parallel MLFMA are introduced. Some typical numerical results demonstrate the efficiency of these fast methods.     

Conversion Technique of Vector Wave Functions:Formulas and Applications

ＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎＴｅｃｈｎｉｑｕｅｏｆＶｅｃｔｏｒＷａｖｅＦｕｎｃｔｉｏｎｓ：ＦｏｒｍｕｌａｓａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓＸｕＰｅｎｇｇｅｎ，ＬｕＳｈｕ＆ＸｕＹｉｎｇＤｅｐｔ．ｏｆＲａｄｉｏＰｈｙｓｉｃｓ，ＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，４３...     

基于极化合成孔径雷达的舰船检测方法

特征提取是极化合成孔径雷达图像处理的一个重要问题,也是海上目标检测的关键。相似性参数和极化熵可以表征目标的电磁散射特性。为了增强目标与背景的对比,提出了一种基于特征融合的新参数。这种参数可表达区域的差异性,处理后目标与背景的对比更加明显。研究了该参量在海杂波区域的分布模型,进而提出了一种新的海上船只检测方法,该方法可用于多视情况下的舰船检测。最后用机载合成孔径雷达(airborne synthetic aperture radar, AirSAR) 数据验证了该方法的有效性。