多层快速多极子算法中修正多极子模式数技术

为了提高多层快速多极子算法求解电磁散射问题的效率,提出了两种修正多极子模式数的方法。与传统的多层快速多极子相比,该方法通过有效地减少多极子模式数,从而减少了迭代求解矩阵方程时的矩矢相乘时间和内存存储需求。计算结果表明,该方法提高了电磁散射问题求解的计算效率,保留了原有方法的精度,同时保持了多层快速多极子算法的计算复杂度,并且简单易于实现,十分适于三维电大结构电磁散射问题的求解。     

分形海面及其上方目标电磁散射的混合算法

采用一维带限Weierstrass分形粗糙海面模拟实际的粗糙海面,运用基于矩量法(method of moment, MOM)结合基尔霍夫近似(Kirchhoff approximation, KA)的混合算法,研究了分形海面与上方需考虑旋转的复杂矩形截面导体柱的复合电磁散射。将不同入射角情形下的混合算法计算结果与传统的MOM结果进行了比对,结果表明该混合算法具有较高的准确性和计算效率。最后,讨论了复合散射系数与粗糙海面参数、目标参数以及入射波参数之间的依赖关系,得到了较完整的复合电磁散射特征。     

基于高斯字典原子稀疏表示的高精度宽角SAR成像方法

为了提高从宽角合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)图像中提取目标后向散射各向异性特性的性能,在宽角SAR字典稀疏表示模型的基础上,提出一种基于高斯字典原子的高精度宽角SAR成像方法。在字典构造上,采用不同中心位置、相同方差的高斯函数。在求解稀疏表示系数上,采用广义最小最大凹惩罚稀疏重构算法求解。最后，根据稀疏表示系数的重构结果以及构造的字典得到目标的后向散射各向异性特性。通过仿真实验和Backhoe数据对算法进行验证,结果表明,该方法能够高精度地提取目标的后向散射各向异性特性。     

基于电流相位特性的滑动散射中心建模方法

复杂流线型目标通常包含多个滑动型散射中心(sliding scattering center, SSC)。由于SSC位置随观测方位变化而改变, 采用现有的散射中心建模方法所获得的SSC属性参数精度受到雷达图像分辨率、多散射中心图像混叠和参数估计精度的限制。本文提出一种基于表面电流相位特性的散射中心建模方法。该方法基于全波法计算的稀疏采样角度下的表面等效电流数据, 通过驻相点自适应提取、电流分区, 实现目标散射中心的参数化建模。驻相点自适应提取可以精确确定散射中心位置, 电流分区计算可以避免多散射中心成分混叠造成的参数提取困难, 从而保证了散射中心的建模精度。本文以某导弹和飞机模型为例, 采用全波法和传统方法建模计算结果对使用该方法建模的效率和精度进行了验证。     

快速多极子算法在电流步进法中的应用

基于电流步进法利用双表面磁场积分方程有效计算三维导体电磁散射的优点,提出了一种结合快速多极子和电流补步进法的改进算法。根据电流步进法前向-后向迭代以及使用新值进行计算的高斯-塞得尔迭代的特点,算法将修改后快速多极子算法引入到电流步进法的计算中,加快了原始算法的计算速度。在迭代的过程中,通过快速多极子方法降低了原有的计算量。给出了算法的具体步骤,通过仿真实验证明了算法的有效性。     

提升类小波变换加速的模基参数估计算法

将提升类小波变换(lifting wavelet-like transform, LWLT)应用于矩量法（method of moment, MOM）快速求解电场积分方程（electric field integral equation, EFIE）,对生成的稀疏化线性系统采用模基参数估计（model based parameter estimation, MBPE）算法求解,可获得小波域的宽带解,结合小波逆变换,最终实现目标电磁散射特性的宽频分析。通过不同三维散射体的计算分析,验证了算法的正确性。与传统模基参数估计算法相比,所提算法在计算时间和内存耗费上均有很大改善。     

基于频域稀疏压缩感知的雷达目标三维散射中心反演方法

基于平面阵列的微波天线结构可以获取多视角下的目标散射中心三维分布。针对平面阵列稀疏分布导致的目标成像及散射中心反演精度较差的问题, 设计了一种基于组合巴克码的稀疏孔径分布方式。在此基础上, 利用稀疏孔径回波和频域主成分分析得到参考复数信号。利用该参考复数信号对原始回波进行干涉处理, 获得回波频谱的稀疏表征方式。在频域建立基于压缩感知的目标散射中心三维分布模型并进行优化求解, 得到重构后的目标三维频谱, 并逆变换至空间域, 可实现目标散射中心幅度及三维位置重建。暗室试验数据处理结果表明, 所提方法在X波段和稀疏采样率为50%的条件下, 目标散射中心幅度及三维位置反演精度均优于90%。     

一种新的计算周期表面电磁散射算法

利用数值方法研究周期表面的电磁散射问题。应用矩量法研究周期表面的电磁散射可以获得较为精确的数值结果。对于表面散射 ,应用矩量法时表面未知变量的数目非常大 ,即使对于一维表面也需要几千个未知变量 ;当求解矩阵方程时 ,计算机对求解的问题有内存和速度的限制。为了克服内存的限制 ,采用了一种新的迭代数值算法。对周期表面的电磁散射问题进行了研究 ,并与矩阵反演方法作了比较。所得结果表明 ,这种新的迭代法具有很好的收敛性。最后对散射结果进行了讨论     

基于矩阵降维的MoM-PO电磁散射混合算法

针对包含精细结构的电大尺寸目标电磁散射快速计算问题，提出了一种计算包含精细结构的电大尺寸目标电磁散射问题的基于矩阵降维的混合算法。该方法在Rao-Wilton-Glisson基函数矩量法(method of moment, MoM)的基础上，对目标区域进行划分，完成阻抗矩阵的分块和未知量的分离，再由矩量区与物理光学(physical optics, PO)区之间的电流相互作用构造耦合转移矩阵和激励转移矩阵，从而建立两个区域未知量之间的线性关系，进而完成对阻抗矩阵的降维，最终从矩阵运算角度构建了一种MoM-PO混合算法。其中，使用等效电偶极子模型简化双重积分计算，进一步减少矩阵元素的计算量；阻抗矩阵的阶数大幅减少，避免了大规模矩阵方程的求解计算。算例结果表明，与传统的低频算法相比，该算法既保证了计算精度，又提高了计算效率。     

基于渐近波形估计与混合粒子群算法的目标外形反演

提出了一种能同时重构多个导体目标外形的新方法--混合粒子群算法。利用矩量法和渐近波形估计技术求解电磁散射问题,以测量的散射场和计算散射场偏差作为目标函数,将待优化变量设置为目标的截面轮廓近似表达的三角级数形式的系数,通过混合粒子群算法对待优化变量进行优化,使目标函数达到最小值来对自由空间中的散射体进行电磁成像。仿真结果表明,混合粒子群算法比伪群交叉算法具有更好的收敛性能和成像精度,具有较强的抗随机噪声干扰能力。     

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。     

瞬态电磁波对多层电缆耦合的数值分析

为了更好的解决电磁兼容的问题,根据电磁场理论对以往提出的瞬态电磁波对电缆耦合效应的模型进行了改进。将一种多层阻抗计算模型应用到单层电缆的计算方法中,对空中和地下的不同层数屏蔽电缆的表皮感应电流、内部感应电压和电流分别进行了分析和计算,并对两种不同结构电缆的内部感应电压进行了比较。仿真结果表明:采用多层电缆可以减少电磁波对电缆内部的耦合,为电磁兼容的预测和设计提供了一种较好的方法。     

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。     

全捷联被动雷达末制导系统设计

为解决全捷联被动雷达导引头大测量误差下的精确制导问题,从实际工程应用角度出发,对全捷联被动雷达末制导系统进行了研究。首先,建立了全捷联被动雷达导引头模型。其次,针对系统非线性、滤波稳定性、计算量及制导与姿态控制的耦合问题,提出了基于容积卡尔曼滤波(cubature Kalman filter, CKF)的制导信息提取、滑模变结构制导、三回路过载驾驶仪等算法相结合的末制导系统方案。最后,结合反辐射导弹应用场景,建立全系统仿真模型进行方案验证。结果表明,所设计的末制导系统对静止目标的打击精度为2 m,对于15 m/s以内的慢速移动目标,也具有较好的适应能力,落点圆概率误差(circular error probability, CEP)可以达到10 m左右。     

复合目标电磁散射的高效混合计算方法

传统混合法在计算目标与粗糙面的耦合场时,需要耗费大量内存与时间。以计算复合目标后向电磁散射为目的,提出一种更为高效的混合计算方法。该混合法在单独处理粗糙面与目标方面与传统混合法一致,即使用基尔霍夫近似法（Kirchhoff approach,KA）处理粗糙面区域;使用矩量法（method of moment, MoM）并结合多层快速多极子（multilevel fast multipole algorithm, MLFMA）技术处理目标区域。与传统混合法所不同的是：根据大尺度粗糙面镜向散射最强的特点,只在粗糙面上截取一块很小的区域进行耦合场计算,从而极大减少内存与时间。大量数值实验表明,该方法在保证较高精度的同时,效率要远高于传统混合法。     

完全涂敷目标电磁散射高阶矩量法求解

针对传统矩量法(method of moment, 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涂敷目标的电磁散射问题进行了研究。建立目标的双线性表面几何模型,基于等效原理建立表面电磁积分方程,以典型的完全涂敷目标为例,采用高阶矩量法进行仿真计算。计算结果表明,该方法不仅与传统MoM结果吻合,而且减少计算量和节省计算机内存。     

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。