MRTD和高阶FDTD算法的数值色散特性的分析

时域多分辨分析（MRTD）算法和高阶时域有限差分法（HO-FDTD）是目前解决电大尺寸电磁结构仿真的有效手段。导出了基于Daubechies小波尺度函数的MRTD算法和HO-FDTD算法的通用差分公式和数值色散方程，并详细讨论了空间步长、时间步长以及电磁波传播方向对二者数值色散误差的影响。结果证明，MRTD算法与HO-FDTD算法非常相似，但HO-FDTD算法的数值色散特性优干具有相同展开项个数的MRTD算法。     

脉冲等离子体推力器羽流的混合粒子仿真研究

目前微小卫星正在积极的发展中,脉冲等离子体推力器是其推进系统的一个重要发展方向,为了能够将PPT成功地运用于空间,需对其羽流进行研究。将一维MHD双温放电模型用于DSMC(Direct Simulation Monte-Carlo)/PIC(Particle in Cell)流体混合算法模拟PPT羽流的入口条件计算,一体化模拟实验室PPT羽流,对不同电容情况下的羽流场进行模拟,并与实验结果进行了比较。计算结果显示高电容下带来更高的质量流量,更高的中性粒子的含量,同时返流的影响域更广。在推力器入口附近,CEX碰撞与一般碰撞形式共同存在,且频率很高,在羽流外围,CEX碰撞成为碰撞的主要形式。     

飞机座舱金属-介质连接处凸台的雷达散射分析

通过对凸台型结构目标的电磁散射特性分析 ,利用棱边绕射和模式波耦合的方法计算了凸台的二维和三维RCS值 ,并在此基础上对飞行器座舱的金属 -介质连接结构的雷达散射特性进行了分析和计算。计算结果和文献结果符合较好 ,此项研究对整机RCS的计算有重要意义。     

一种降低弹翼RCS的技术方案研究

简述了弹翼电磁散射机理 ,阐述了电磁阻抗匹配的基本原理 ,设计了弹翼前缘阻抗匹配技术方案及其电磁模型。散射特性实验结果表明 ,在 8GHz～ 18GHz内 ,弹翼RCS可降低 6dB～ 12dB ,说明了所设计的电磁阻抗匹配技术方案对降低弹翼雷达截面 (RCS)具有明显的效果。     

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。     

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。     

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。     

计算任意导体直劈边缘瞬态散射的TD-EEC公式

对频域等效边缘流(Equivalent edge current EEC)公式进行傅里叶逆变换,推导出时域等效边缘流(TD-EEC)的计算公式,可用于计算任意导体直劈边缘在任意观察方向的远区时域绕射场,且绕射线在焦散区内保持有限。TD-EEC的时域边缘绕射的计入明显改善了TD-PO方法的计算结果,能够用于电大尺寸复杂导体目标的瞬态散射和宽带散射分析以及雷达原始回波的模拟。最后,以平板和劈柱为例进行瞬态电磁散射计算,并将计算结果同TD-PO和时域有限差分(FDTD)的计算结果进行比较,验证了方法的正确性和有效性。     

导弹目标的FDTD建模与RCS计算

导弹弹头对后向散射有明显的影响。FDTD建模时 ,为了更精确的模拟弹头的外形轮廓 ,采有超椭球(Superspheriod)几何体来模拟导弹弹头的雷达罩。通过调整超椭球体方程中ν因子值的大小能够得到不同形状弹头的外形轮廓 ,其中当ν取 1 381时可近似为传统的VonKarman雷达罩。该超椭球方程推导简单且能够模拟大多数传统雷达罩的形状。最后 ,给出了用FDTD方法计算两种导弹弹头模型的后向散射和侧向散射。结果表明 ,采用一定参数下的超椭球几何体弹头比球冠状弹头有效的减小后面RCS。     

等离子天线重构特性数值计算

针对等离子天线重构特性进行研究,将Boltzmann方程与Maxwell方程相结合,建立了等离子体与电磁波相互作用模型,应用时域有限差分法对模型进行了数值计算,仿真验证了模型的正确性。在此基础上,在二维柱坐标系下建立了同轴线馈电等离子天线重构模型,数值计算了等离子天线近场方向图,仿真分析了等离子体状态参数对远场方向图及等离天线阻抗特性的影响。研究结果表明,随着等离子体状态参数的改变,等离子天线的辐射特性也随之发生改变,具有一定的重构特性。     

渐变微波吸收体散射截面计算

针对二维周期渐变微波吸收体尺寸大、结构较复杂、锥齿间耦合强,很难直接精确计算出雷达散射截面(RCS)的问题,采用矩量法和天线阵分析技术相结合的方法对渐变吸收体进行分析和计算,解决了计算量大、锥齿间耦合强而难以计算的难题,且能保证计算的精度。在线极化平面波入射情况下,给出单个和两个涂敷二面角的散射截面以及多个渐变吸收体的散射截面,计算结果与商用软件HFSS(high-frequency structure simulator)计算得到的结果基本吻合,计算速度明显快于HFSS,且克服了因吸收体大而无法用HFSS计算的难题,结果表明所提方法在工程运用上是可行的。     

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。     

基于置信规则库的捷联惯组误差系数预测方法

捷联惯组(strapdown inertial measurement unit, SIMU)是火箭等大型飞行器控制系统的核心部件,结构复杂,可获得的误差系数样本较为缺乏。置信规则库(belief rule base, BRB)作为一种专家系统能够有效融合专家知识和监测数据,可以有效处理小样本情况下复杂系统建模问题。鉴于此,本文提出了一种基于BRB的SIMU误差系数预测方法。为充分利用脉冲量输入信息,提高信息转换精度,降低指标转换过程中的信息损失,根据惯组脉冲量输出特点提出了一种新的匹配度计算方法,提升模型的精度。最后,以某型SIMU加速度计为例验证了所提方法的有效性。     

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。     

多层快速多极子法的内存占用与控制分析

从多层快速多极子算法的内存组成出发,建立了内存与未知数之间的关系,首次提出了网格划分尺寸与入射波长之比和多极子模式数对内存的影响。入射频率不变而网格划分尺寸减小时,聚合配置量内存与总未知数成正比,稀疏矩阵内存与相关未知数数目成平方关系,总内存迅速增加。网格不变而频率降低时,若分层数相同,稀疏矩阵内存不变,聚合配置量内存随频率降低而减小;若分层数降低,稀疏矩阵内存平方递增;若频率成偶数倍关系,聚合配置量占用内存不变,总内存振荡增加。改进模式数的精度控制后,提高了精度,但聚合配置量内存相应增加,总内存随之增加。     

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。     

基于对空无线电引信的平板目标特性建模及仿真

目标的电磁散射特性对回波信号的特性影响巨大。以连续波多普勒体制无线电引信为依托,以平板目标为主要研究对象,研究体目标效应影响下的多普勒信号特性。采用物理光学法和物理绕射法计算目标表面和边缘的雷达散射截面积。建立了平板目标特性模型,结合引信空中弹目交会模型,探讨弹目交会过程中多普勒信号幅度和多普勒频率的变化规律。     

基于Trimmed NURBS曲面的目标RCS计算

复杂目标RCS(radar cross section)物理光学法(physical optics,PO)计算的最大难点是目标曲面之间相互遮挡关系的确定和消隐处理。首先将任意复杂目标用非均匀有理B样条(NURBS)曲面描述,并通过Cox-DeBoor算法将NURBS曲面拆分为拼接有理Bézier曲面。然后利用Trimmed NURBS技术很好地解决了物理光学积分中Bézier曲面之间的遮挡消隐问题。最后,提出了Trimmed NURBS曲面快速积分新方法,实现了导体目标物理光学散射场的快速计算。数值算例验证了方法的有效性和准确性。     

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。