双层介质覆盖导体球的电磁散射特性研究

本文讨论了覆盖两层各向同性、均匀介质的导体球的电磁散射特性。除了给出严格的解析解,也给出了物理光学(PO)和几何光学(GO)近似解。最后以图示的形式给出了后向散射截面随导体球半径变化的情况以及双站散射截面随双站角变化的情形;涂层厚度对散射截面的影响;不同的介质参数对散射截面的影响;对双层介质覆盖的导体球,讨论了不同的涂敷方式对散射截面的影响。     

金属目标覆盖双负介质时的宽带散射

由双负介质的本构关系出发,利用时频转换关系,推导出了描述双负介质中电磁场与电磁流的微分方程组。将该方程组按标准Yee元胞差分离散时电场和磁流在整数时间步取值,磁场和电流在半整数时间步取值。电流在电场的节点取样而磁流在磁场的节点取样,得到用于FDTD计算的三维递推表达式。讨论了双负介质和双正介质交接面处介质参数的处理方法。随后,与文献结果对比验证了该算法和程序的正确性。最后,计算了金属目标覆盖双负介质时的宽带散身,结果表明双负介质覆盖层可以在宽频段内减小金属目标的后向RCS。     

双站RCS计算GRECO算法的新改进

针对利用单双站等效法存在的大角度双站雷达散射截面计算误差太大的问题和用被光照面作为积分区域计算双站雷达散射截面方法存在的无法处理相对接收站可见面的识别问题,从感应定理和等效原理出发,基于图形电磁计算方法,提出了双站雷达散射截面图形电磁算法的改进方法,解决了可见面的识别问题,扩大了感应定理和等效原理的应用范围,提高了双站雷达散射截面计算的准确度。通过对典型样件的计算结果比较与公认结果和解析算式结果一致,证明了该方法的有效性。     

复杂雷达动目标建模及动态RCS分析

针对复杂雷达动目标的建模仿真及动目标雷达散射截面分析的问题,提出了一种外形建模和电磁散射计算的方法。该方法利用openGL对某型飞机进行了较为精确的外形仿真建模,运用图形电磁算法计算了静态雷达散射截面,并利用一种抖动模型计算了动目标雷达散射截面。通过将仿真结果与静态值进行比较,证明了在叠加抖振前后雷达散射截面有较大的变化。得出了结论。     

时域有限差分并行算法中的吸收边界研究

针对并行FDTD中以二阶Mur、单轴各向异性介质完全匹配层(UPML)和卷积形式完全匹配层(CPML)为吸收边界的并行化处理方法进行论述.用金属球的远区散射计算,并与Mie级数解对比,验证了并行计算中三种吸收边界的吸收效果.最后给出UPML吸收边界FDTD计算内存估计公式,并以电大尺寸目标卫星模型为例对并行性能进行了测试.由于并行中通信时间影响并行加速比和效率,UPML和CPML吸收边界的相邻子域数据通信方式与FDTD选代式相同,而Mur吸收边界的相邻子域间数据通信方式与FDTD完全不同,它的并行性能要低于前两者.电大尺寸卫星目标模型的多机并行计算测试结果表明,UPML和CPML并行FDTD计算的并行加速比及其效率整体上高于Mur,其中CPML吸收条件下的效率达到90%以上.     

目标电磁散射的面中心立方体网格FDTD方法

基于面中心立方体(face-centered cube, FCC)网格的空间结构, 由麦克斯韦方程出发, 推导了基于FCC网格的单轴各向异性介质完全匹配层(uniaxial anisotropic media perfectly matched layer, UPML)吸收边界条件以及近-远场外推边界条件的三维迭代式。通过典型算例, 先后验证了基于面中心立方体网格的时域有限差分(FCC-finite difference time domain, FCC-FDTD)方法的UPML吸收边界条件和近远场外推边界条件的正确性。最后通过计算金属球的后向雷达散射截面(radar cross section, RCS)比较了FCC-FDTD方法与传统FDTD方法的计算精度, 结果显示FCC-FDTD方法具有更高的计算精度。     

HFSS/PO混合分析飞行器放电对雷达目标特性的影响

为精确计算飞行器在飞行过程中静电放电对雷达散射截面(radar cross section, RCS)的影响,采用高频电磁仿真软件Ansoft HFSS与物理光学(physic-optics, PO)法相混合。用HFSS计算放电产生的等离子体所覆盖的局部机翼的散射场,用物理光学法计算飞行器其余部分引起的散射场,将二者的等相位面重合,保持飞行器各散射体之间的相位关系,进而计算出飞行器的宽带雷达散射截面。     

基于混合粒子群算法和快速非均匀平面波算法的介质目标反演

提出了一种重构介质目标的新方法--混合粒子群算法,研究了几何形状已知的介质目标介电参数反演、均匀介质柱的外形轮廓反演及外形轮廓与介电参数均未知时的介质目标反演三类问题。利用快速非均匀平面波算法加速矩量法求解介质目标的雷达散射截面,以介质柱体的散射场的实际测量值与迭代计算值的偏差作为目标函数,通过单纯形法和伪群交叉算法混合的粒子群算法对优化变量进行优化,使目标函数达到最小值来对介质目标的介电特性进行电磁成像。仿真结果表明：混合粒子群算法简单、通用,在反演过程中不用加入正则化处理以确保数值稳定性,比简单遗传算法具有更好收敛性能、更高的成像精度和抗随机噪声干扰的能力。     

典型植被的高效电磁全波分析方法研究

(地物的电磁散射特性一直以来在遥感、探测、反隐身等领域具有重要的应用价值。由于地物类型繁多且分布不均匀, 随着计算场景的扩大, 理论模型变的越来越复杂, 计算量也会直线上升。在这种情况下, 现有计算平台和建模能力不足以模拟并准确地得到场景环境较大时典型地物的电磁散射特性, 导致理论模型的预测值与实验测量数据相差甚远。因此, 急需建立一种高效的全波电磁分析方法, 从而能够精确、高效地分析典型地物的电磁散射特性, 为实际大型地面场景特性仿真提供模型与理论支撑。)本文建立了求解TDS、介质的混合积分方程, 采用周期格林函数技术, 实现大场景下典型植被的雷达散射截面积快速计算。     

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。     

微波段电单轴介质主轴方向确定及参数反演

给出了各向异性介质介电系数张量主系表达式和实验室系表达式之间的关系。讨论了实验室系中电单轴介质介电系数张量的特点。将各向异性介质沿三个正交方向切割成板状样品,分析了电磁波沿不同入射方向和不同极化情形下,样品板后向散射的特点。提出了一种测量板状样品后向散射场交叉极化分量并结合已有方法反演微波段电单轴各向异性介质参数和确定介质主轴方向的新方法。利用时域有限差分方法数值模拟了电各向异性板状材料的后向散射,并给出了参数反演和主轴方向确定的算例。理论分析和数值模拟结果表明,本文方法可应用于自由空间测量中电单轴各向异性介质主轴方向确定和介质参数测量。     

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。     

Mie series for electromagnetic scattering of chiral metamaterials sphere

The electromagnetic scattering of chiral metamaterials is simulated with the Mie series method.Based on the spherical harmonics vector function in chiral metamaterials,the electromagnetic fields inside and outside of chiral metamaterials sphere are expanded.By applying the continuous boundary condition between the chiral metamaterials and surrounding medium,and the transformation from linearly to circularly polarized electric field components,the co-polarized and cross-polarized bistatic radar cross scattering(RCS) of chiral metamaterials sphere are given.How to overcome the instability of chiral metamaterials sphere of Mie series formula is discussed.The electromagnetic scattering of chiral metamaterials,normal media and metamaterials are compared.The numerical results show that the existence of chirality ξ of chiral metamaterials can decrease the bistatic RCS compared with the same size as normal media sphere.     

用FDTD方法计算二维各向异性涂层目标的RCS

给出了计算二维情况各向异性介质物体散射的时域有限差分 (finitedifferencetimedomain ,FDTD)方法公式 ,讨论了编程时应注意的问题。用FDTD方法计算了各向异性有耗介质涂层目标的雷达散射截面 (radarcossse tion ,RCS) ,说明这种介质涂层能够缩减金属目标的RCS。     

有源RCS及其应用

随着电子设备和雷达系统的迅速发展, 电磁环境变得愈加复杂。在复杂电磁环境中, 针对多辐射源和有源设备照射下雷达目标电磁散射特性评估的需求, 提出并综述了有源雷达散射截面(active radar cross section, ARCS)的定义、仿真方法和应用示例。ARCS可以计算多辐射源相干和非相干照射条件下, 雷达端观察到的视在雷达散射截面(radar cross section, RCS)值。本文给出了ARCS的仿真分析步骤, 利用仿真软件得出计算ARCS所需远场量。在单入射源情况下, ARCS等同于传统RCS, 验证了ARCS计算方法的准确性。此外, 以分布式相参雷达和有源对消目标隐身为例, 介绍了ARCS的应用, 利用ARCS的概念评估了有源对消的效果。最后, 探讨了目前研究存在的技术问题以及未来可能发展的研究方向。     

Efficient Calculation of the Radar Cross Section at the Interior Resonance by the Inverse Power Method

It is well known that the incorrect results will be given using either the electric or magnetic field integral equation to calculate the radar cross section (RCS) of a closed body at the interior resonance. In this paper, an effective iterative technique is used to correct the calculated surface current density from the electric field integral equation. The radar cross section is computed for an infinite conducting circular cylinder at the interior resonance, and the obtained results are     

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。     

基于弹跳射线技术的三维GTD模型构建方法

传统的基于弹跳射线(shooting and bouncing ray, SBR)技术的散射中心提取方法只考虑了理想点模型, 但理想点模型无法描述散射中心的频率依赖特性。对此, 提出一种基于弹跳射线技术的三维几何绕射理论(geometrical theory of diffraction, GTD)模型构建方法, 在通过传统方法获取的理想点模型的基础上, 利用射线管数据正向推算散射中心的频率依赖参数并修正其径向位置, 实现了高精度三维GTD模型构建。仿真结果表明, 点频、单视角下构建的三维GTD模型不仅能准确重构相同条件下的雷达散射截面(radar cross section, RCS), 还能实现宽带RCS外推, 能够满足目标宽带散射数据高效压缩和快速重构的应用需求。     

基于单元位置误差的有源相控阵天线辐射和散射性能综合分析

针对有源相控阵天线雷达散射截面积(radar cross section, RCS)计算复杂,及天线单元位置误差对其RCS的影响难以估计的问题,基于天线单元的相位误差分析,建立了有源相控阵天线的结构与散射阵因子耦合模型,极大简化了有源相控阵天线RCS计算的复杂度,并在此基础上研究了天线单元位置误差对增益及RCS的综合影响。结果表明,合理降低天线单元的位置精度可以抑制有源相控阵天线的RCS。工程人员可基于此权衡辐射和散射性能,适当放宽有源相控阵天线加工及安装公差,在保证天线综合性能前提下有效减轻加工难度,降低加工成本。