SMFSIA/CAG快速计算二维分形粗糙面的电磁散射特性

应用稀疏矩阵平面迭代/规范网格法(sparse-matrix flat-surface iterative approach and canonical grid method,SMFSIA/CAG)快速计算了二维分形粗糙面的电磁散射特性。在SMFSIA/CAG中,基于迭代法的原理,通过加快迭代收敛速度和加速矩阵向量积两个方面对该算法进行了改进,推导了关于平面展开的高阶泰勒级数展开公式,并对近场相关距离和泰勒级数展开阶数对算法效率的影响进行了分析。SMFSIA/CAG的应用降低了计算量,实现了对二维分形粗糙面电磁散射特性快速、准确地仿真计算。     

快速计算分层粗糙面散射的FBM/SAA算法

为快速获取分层粗糙面的电磁散射特性,提出一种结合前后向迭代算法（forward-backward method, FBM）与谱积分加速法（spectral accelerate algorithm, SAA）的快速算法（FBM/SAA）,该算法的计算量和内存均与粗糙面离散剖分产生的未知量同量级（O(N)）。建立了分层粗糙面上关于未知电流分布的电场积分方程并采用矩量法（method of moment, MoM）将其离散为矩阵方程;在用FBM对矩阵方程进行迭代求解过程中,采用SAA技术加速计算矩阵和矢量乘积以快速求解;将FBM/SAA应用于三层媒质分层粗糙面的双站散射系数的计算,计算结果与传统MoM和FBM相一致,证明了算法的有效性;分析了粗糙面参数不同情况下算法的收敛性,比较了传统MoM和FBM/SAA所耗费的CPU时间。结果表明,在计算较长分层粗糙面的散射时,FBM/SAA具有明显优势。     

改进多相粒子群算法反演粗糙面下方导体目标

提出了一种能快速有效反演介质粗糙面下方导体目标参数的方法--改进多相粒子群算法,优化以双站散射系数的测量值和理论计算值为偏差的目标函数,当目标函数达到最小值时,实现地下目标参数的反演。为加快反演过程,提高反演精度,正问题采用了快速互耦迭代算法这一数值算法来快速准确求解双站散射系数。逆问题采用了基于子群和母群交叉搜索机制以及小种群策略的改进多相粒子群算法,能减少目标函数计算次数（对应正问题计算次数）、提高全局寻优能力。文中反演了一维粗糙面下方截面为圆柱和任意连续形状的导体目标,仿真实验验证了算法具有较好的反演精度和较强的抗随机噪声能力。     

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。     

复杂目标电磁散射计算的可视化研究

科学计算可视化日益与各学科相结合,产生新的研究方法。在复杂目标电磁散射研究中,目标的几何建模和雷达散射截面(RCS)计算结果的分析在目标电磁散射分析中越来越重要,利用多种样条曲面进行复杂目标精细几何建模,采用GRECO(图形电磁学)法计算目标的RCS值,从而提高电磁散射计算的精度,并对RCS计算结果进行可视化处理,使计算结果直观且易于分析。     

复杂目标电磁散射计算软件的改进

在计算复杂目标的电磁散射中 ,图形电磁计算方法 (graphicelectromagneticcomputing,GRECO)可用来实时计算电大尺寸复杂目标的RCS。在考察了原有的GRECO计算内核之后 ,结合计算机图形学方面的理论 ,对GRE CO的内核代码进行了改进 ,从而使得对于目标的棱边判定更加充分、准确。对于PTD绕射系数f和g表达式中的奇异点 ,通过求取平均值的方法给出了准确的结果 ,整体上使得绕射场的计算结果更加准确。     

地海交界环境与其上方双目标复合散射的混合算法研究

采用蒙特卡罗方法建立地海交界分区域复合粗糙面模型,陆地区域采用高斯谱模拟,近海海面区域采用基于变浅系数的北海海浪工程(joint North Sea wave project, JONSWAP)谱模拟;提出了基于分形理论的边界赋形方法,并运用多种反正切权函数处理实现了线型、月牙型、峡谷型和分形型边界的地海交界环境;基于矩量法和基尔霍夫近似的混合算法研究了地海交界环境与其上方双目标的复合电磁散射特性,对比了双目标分别位于两种典型环境和地海交界环境上方时的复合散射系数曲线,研究了复合散射系数随入射角、陆地区域参数、海面参数、边界形状、双目标参数及双目标类型的变化情况,并做了详细分析与讨论。结果表明该混合算法的高效性和准确性,数值仿真结果对地海交界环境上方目标的探测、遥感及成像具有借鉴意义。     

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。     

组合目标电磁散射的FDTD/TDPO混合法

为分析组合目标的后向电磁散射,提出了时域有限差分FDTD与时域物理光学TDPO相结合的混合算法。组合目标包括电大尺寸和电小尺寸两个彼此相互分离的部分。采用FDTD方法分析形状或介质较复杂的电小结构部分;采用TDPO方法分析目标的电大尺寸部分。在处理FDTD区对TDPO区耦合时,利用了基尔霍夫积分的近场-近场外推技术,并提出了顺序传递方法,按照FDTD的时域计算顺序将FDTD区对TDPO区的贡献直接传递到远区观察点,计算效率高,所需内存少。对于远区后向散射,TDPO区对FDTD区的耦合则由互易性定理得到。最后给出了验证和应用算例,表明了方法的正确和有效性。     

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。     

高阶双尺度法求解粗糙海面的散射特性

针对传统双尺度法不能有效求解低掠入射散射特性的问题,通过在小尺度集平均中计及散射场的高阶微扰分量,而提出了一种高阶双尺度的新方法。通过高、低阶微扰法求解水平、垂直极化下的散射系数,分析了高阶场量在低掠入射下的修正效应,并讨论了不同粗糙度的情况,研究了高阶双尺度法的求解结果。和测量值的比较表明,考虑高阶散射分量的高阶双尺度法可以很好地求解粗糙表面的散射特性,从而证明该方法是正确而有效的。     

分层粗糙面的电磁散射研究

基于矩量法（method of moment,MOM）及基尔霍夫近似（Kirchhoff approximation,KA）研究了分层粗糙面的电磁散射问题。首先,利用经典MOM求解了上层粗糙面的总场,包括直接入射场及由其激发的直接散射场。然后,将锥形入射波引入到传统KA中,利用其求解了分层粗糙面的透射场。数值计算并讨论了粗糙面高度起伏均方根、相关长度及分层粗糙面间距等参数对分层高斯粗糙面双站散射系数的影响。     

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。     

二维纹理特征指数谱粗糙面的极化散射

研究了具有纹理特征的二维指数谱粗糙面的极化散射特性。在两个方向上相关长度的比值足够大时指数谱粗糙面表现为条纹特征,而在比值接近为一时又表现为方格特征。这两种视觉特征又可以通过傅里叶变化旋转得到不同的纹理角效果。通过粗糙面的小面元积分,推导出椭圆极化入射时笛卡尔坐标系下的散射场,并得到了不同纹理特征指数谱粗糙面的极化散射。结果显示极化散射特性的研究对利用遥感信息提取粗糙面的纹理特征具有重要意义。     

高斯介质粗糙表面电磁散射的高阶基尔霍夫法

针对基尔霍夫近似(KA)求解精度的问题,提出了一种均方高度高阶级数展开的改进算法。该算法基于粗糙表面斜率的零阶展开和二阶展开近似,得到了考虑斜率效应的高阶KA的求解结果。通过阴影函数的修正有效补偿了在大入射角下散射系数计算的偏差。分析了考虑斜率效应及阴影函数时的后向增强现象,通过数值计算比较证明了该算法的有效性。     

角度截断双尺度模型模拟粗糙海面后向散射特性

针对传统双尺度法中尺度截断波数的选取尚无统一标准可依的情况,提出了一种基于局部入射角划分来选择相应的海面电磁散射计算方法的角度截断双尺度模型：局部入射角小于限定角（约为20°）时,使用基尔霍夫近似计算占主导的镜反射分量;当局部入射角大于限定角时,用微扰法处理小尺度粗糙度所支配的漫射分量。该模型充分利用了基尔霍夫近似和微扰法各自的优点,同时避免了选取截断波数的棘手问题。应用该模型计算并讨论了风速、极化状态以及风向对后向散射系数的影响,并与实验数据进行了比较,取得了较好的吻合,证明了该模型的有效性。     

一种计算双基地雷达探测区的新方法

提出了一种计算双基地雷达探测区的新方法.其思路是,基于双基地雷达的雷达方程和干扰方程,通过比较双基地雷达与单基地雷达探测区求解的不同之处,引申出双基地角等值线的概念.分析得出,常规单基地雷达探测区上的任一点必然属于从雷达引出的某一条射线,而双基地雷达探测区上的任一点必然属于某一条双基地角等值线.以此为基础,最终计算出双基地雷达在无干扰和自卫干扰时的探测区,并通过仿真计算,验证了其可行性.