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。     

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。     

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。     

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...     

利用混合法研究目标的双站散射机制

本文利用混合法分析了圆柱－劈组合体目标各部分的相互影响，精确地计算了该目标的双站雷达散射截面（ＲＣＳ），从而确定了给定入射角时该目标各部件的相互作用机制。在这种混合法中使用了ＰＯ近似、ＰＴＤ、ＧＴＤ理论和矩量法。本文的讨论表明混合法不但可精确的计算目标的双站ＲＣＳ，而且可用以分折双站散射机制。     

RCS测量中目标与金属支架间的耦合散射研究

在采用低散射金属支架的目标雷达散射截面(radar cross section, RCS)测量中, 被测目标与低散射金属支架之间的耦合散射效应是影响测量数据不确定度的重要因素。以RCS测试中常用的短粗圆柱定标体和飞翼外形隐身飞机模型为被测目标, 重点研究目标与金属支架间的表面波型与多次反射型两种主要耦合散射机理。采用一维高分辨距离像、时频分析、二维逆合成孔径雷达成像等技术, 分析了被测目标与金属支架之间不同类型耦合散射的形成机理, 并据此提出了相应的消除方法。数值计算与仿真结果验证了本文方法的有效性。     

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。     

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。     

基于Mie级数的金属球被双负介质覆盖的电磁散射

针对双负介质的电磁特性问题,用Mie级数解研究了金属球被双负介质覆盖的散射截面.推导了可以用于计算双层均匀色散介质球电磁散射的Mie级数解.计算了阻抗匹配的、理想的、均匀的双负介质球的散射截面,其后向雷达散射截面接近于零,同时与文献结果对比验证了算法和程序的正确性.比较了金属球被双负介质和铁氧体覆盖的散射截面.基于Mie级数解讨论了金属球被不同介质参数双负介质覆盖的后向雷达散射截面,计算结果表明,双负介质不同介质组合对金属球后向散射截面有一定影响.     

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。     

New hybridization of PO, SBR, and MoM for scattering by large complex conducting objects

As a marked extension of the traditional MoM-PO (method of moment-physical optics) hybrid method, a new hybridization of PO, SBR, and MoM (MoM-SBR/PO) is presented to calculate the multi-reflection contribution in the PO region efficiently by introducing the method of SBR based on RDN notion, which avoids the time-consuming iterative procedure and the choice of proper Green's function. As compared with the traditional MoM-PO hybrid method, the calculation efficiency of the proposed method is greatly improved, and its validity is verified by numerical results.     

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。     

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。     

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。     

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.     

电特大目标散射的多层快速多极子高性能计算

针对电特大目标散射的并行多层快速多极子计算中出现的构造几何信息树所需资源过多、保存远场模式所需内存过大及计算雷达散射截面时间长等问题,根据主流并行计算机架构以及电特大目标的特点,提出了解决方案,实现了电特大目标散射的高效精确计算。通过对未知数超过5亿、电尺寸达到几千个波长的电特大目标的数值实验,表明本文方案的精确性和高效性。     

Improvement and performance of parallel multilevel fast multipole algorithm

The method of establishing data structures plays an important role in the efficiency of parallel multilevel fast multipole algorithm(PMLFMA).Considering the main complements of multilevel fast multipole algorithm(MLFMA) memory,a new parallelization strategy and a modified data octree construction scheme are proposed to further reduce communication in order to improve parallel efficiency.For far interaction,a new scheme called dynamic memory allocation is developed.To analyze the workload balancing performance of a parallel implementation,the original concept of workload balancing factor is introduced and verified by numerical examples.Numerical results show that the above measures improve the parallel efficiency and are suitable for the analysis of electrical large-scale scattering objects.