粗糙地面上复杂目标的电磁散射特性

粗糙地面与复杂目标的耦合散射特性研究一直是雷达目标识别领域比较有应用价值的课题.针对粗糙地面与目标的复合电磁散射特性进行重构,包括复合模型的雷达截面积(radar cross section,RCS)特性以及合成孔径雷达(synthetic aper-ture radar,SAR)成像特性.首先,对复杂目标进行几何建模并对粗糙面进行数值建模,构建地面与目标的一体化几何模型.然后基于空间射线分集技术、射线追踪技术以及劈边结构识别算法分离出复合模型中散射中心,包括面结构和劈边结构对应的散射中心,基于属性散射中心模型正向的确定散射中心对应的各个参数,最终建立起粗糙地面上复杂目标的散射中心参数化模型.并通过对其重构的散射特性与实测结果进行对比,分析了地面与目标的耦合作用.研究对雷达目标识别领域具有很大的应用价值.     

基于映射投影（MPA）的复杂地面场景极化SAR成像模拟

建立地表面植被、建筑物等目标综合场景的极化合成孔径雷达（SAR）成像模拟，提出基于映射和投影（MPA）的算法，考虑了可穿透性植被目标的散射与衰减、树及建筑物墙面与地面之间的多次散射，以及成像空间中任意位置地物的散射、吸收与遮蔽.用非球形粒子层作为植被散射辐射传输模型，对建筑物和地面散射采用积分方程法（IEM）粗糙面模型.通过包括植被、建筑物、粗糙地面、河流等复杂场景的MPA快速计算，模拟极化SAR成像的场景散射系数图和SAR原始数据.     

二维粗糙面激光波束散射场量均方及相关函数的二阶统计特征

在高斯波束入射下二维随机粗糙面散射特征基础上,研究波束散射场量均方和相关函数的二阶统计特征,利用误差函数获取数值计算的解析表达式．数值计算了目标几种特殊材料表面,激光波束入射下,不同材料单、双站散射场量二阶统计特征随散射角度的变化情况．详细讨论了特殊材料表面介电常数、粗糙度、相干长度,入射／散射角分别对散射场相关函数的影响．散射场量均方值函数作为粗糙面散射的相干分量,针对不同材料单、双站探测条件下,定量分析其在相关函数中的比重及随散射角的分布特征．散射场量的均方和相关函数是统计数学本质数字特征,本文所做的工作将为研究激光波束入射下粗糙面散射场量其他高阶矩统计特征奠定基础,并通过定量分析统计均方在相关函数比值关系,为开展目标激光探测中与“散斑”有关的光学特征研究提供有效技术支持．     

随机粗糙面上介质目标差场散射的快速计算方法

用粗糙面上方有目标和无目标时空间散射场的差值计算雷达散射截面, 称为差场雷达散射截面. 推导了 TE波入射时粗糙表面上介质目标表面的感应电流J _o和感应磁流 K_o、导体粗糙面上差值感应电流 J_sd的积分方程, 直接求解散射差场E_sd, 而无需对有无目标两种情况分别求解. 目标表面的积分方程中需要计算目标所在位置处单独由粗糙面贡献的散射场 E_s0, 它主要来自对准目标的镜面方向上的一小段粗糙面的贡献, 此时选取的小段粗糙面减小了计算量. 提出目标与粗糙面散射差场积分方程互耦迭代的求解方法. 由于理想导体粗糙面的强镜面散射特性, 在该迭代计算中的粗糙面的长度与观测散射角有关, 给出了它们之间的解析关系式, 此时选取的粗糙面长度远小于现有的方法, 特别适于低掠角问题. 结合 Monte Carlo 法, 迭代计算了 P-M谱(Pierson-Moskowitz)导体粗糙海面上方不同介质材料的圆柱和方柱目标的差场散射, 并与理想导体柱的散射进行比较. 讨论了介质目标上感应电流、感应磁流, 以及粗糙面上的差值感应电流的分布, 目标差场散射的峰值特征等.     

二维多粗糙度分层粗糙面与上方目标复合电磁散射计算方法

研究了二维多粗糙度分层粗糙面与上方目标复合电磁散射特性的自适应迭代物理光学算法。采用Monte Carlo法并结合高斯谱函数生成高斯粗糙面,基于分区域建模方法,建立了二维多粗糙度分层粗糙面和上方目标的复合模型。利用物理光学法和等效原理,得到分层粗糙面和目标的直接感应电磁流;基于表面积分方程,分析了分层粗糙面之间以及粗糙面和目标之间的耦合电磁流迭代机理。引入感应电磁流能量改变速率,对传统迭代物理光学法进行改进,使算法自动收敛。将计算结果同多层快速多极子方法和迭代物理光学法进行比较,验证了算法的准确性和高效性。在此基础上,研究了不同目标、不同粗糙度的分层粗糙面的双站RCS计算结果和散射特性,讨论了分层粗糙面间距对双站RCS计算结果和散射特性的影响。本研究为分层环境及上方超低空突袭目标的探测、分类和识别提供了数据支撑和理论基础。     

基于改进的GO-PO混合方法的舰船与海面复合电磁散射研究

为了提高几何光学与物理光学(GO-PO)方法在计算舰船目标散射、海面与舰船目标耦合散射时面元对入射波和反射波可见性判断的效率,提出了Kd-tree和GO-PO方法相结合的模型. Kd-tree方法在入射波或反射波射线与面元相交测试前,首先执行射线与面元所在包围盒的相交测试,若包围盒的距离参数不符合要求,则无须进入该包围盒,减少射线与大部分面元不必要的相交测试.数值结果表明,改进的GO-PO混合方法在保证计算精度的同时能够提高效率约3倍.因此,该混合方法是相对有效且能够运用于大范围海面与大型舰船目标复合电磁散射特性的研究.     

粗糙面及其上方任意形状截面导体目标的瞬态散射

利用时域积分方程研究了一维导体粗糙面及其上方任意形状截面二维导体目标的复合脉冲散射．在给出时域电场积分方程的基础上推导了显式及隐式MOT步进方程,计算了Gauss脉冲波照射下粗糙面加目标时中心点的电流及电场远场随时间的响应,并将计算结果与频域矩量法结合离散Fourier逆变换（MOM-IDFT）进行了对比,验证了所得方法的有效性．最后详细讨论了电流及电场远场时间响应随目标尺寸大小、距离粗糙面高度及入射角的变化情形．     

涂覆雷达吸波材料复杂目标RCS可视化计算

通过物理光学法 (PO)与阻抗边界条件 (IBC)结合求解涂覆雷达吸波材料 (RAM)复杂目标的面元散射 ,利用等效电流法 (ECM)与增量长度绕射系数 (ILDC)结合求解金属棱边散射 ,根据等效边缘电流求解介质边缘散射。利用非均匀有理B样条 (NURBS)曲面对目标进行几何建模。经过可视化电磁分析 ,在Windows 98/NT环境下求解涂覆RAM复杂目标的雷达散射截面 (RCS) ,与实验结果比较 ,获得令人满意的结果。     

平板目标与椭机粗糙面对电磁波的复合散射

建立了平板目标与随机粗糙面的复合散射模型,求解过程包括用板上感应电流的谱域积分表示平板目标的初级散射场;用理光学方法计算随机粗糙面的次级散射场和统计分年复合散射的平均散射功率。通过选用正态分布粗糙面作为计算实例,数值结果显示出平板目标与椭机粗糙面之间相互作用散射分最的重要性及空间分布特征。     

一种低散射目标RCS行波解的C—R样条建模方法

ＣＲ（ＣａｔｍｕｌｌＲｏｍ）样条具有直观、稳定、灵活、不需反求控制顶点等优点,特别适用于具有复杂外形的飞行器进行几何描述．利用（Ｇ１,ｋ ＝ １） ＣａｔｍｕｌｌＲｏｍ 样条及其张量积曲面对低散射目标进行几何建模,并求解低散射目标行波雷达散射截面贡献,通过计算结果与实验结果比较,获得令人满意的结果．     

正弦型粗糙面上方平板的电磁波散射

建立了海洋粗糙面上目标电磁波散射的简化模型－正弦型剖面粗糙面上矩形平板的电磁波散射，将目标和粗糙面之间的相互作用表示为物理光学的双次反射，讨论了平板与正弦型粗糙面之间双次反射的散射机制；将有限平板的初级散射用三维场表示，提出了双次反射的计算精度。     

二维高斯随机粗糙面与其上方三维双立方体复合散射的混合算法

基于数值方法(MOM)与基尔霍夫近似(KA)相结合的混合算法计算了二维随机粗糙面与其上方三维双立方体的复合散射特性。首先建立了随机粗糙面与其上方三维双目标的复合模型,将目标划分为MOM区域,粗糙面划分为KA区域,并采用Monte-carlo方法模拟真实粗糙地面。在复合散射场的求解中,首先求出在仅有初始入射场时多目标表面的感应电流;其次,将目标表面感应电流产生的散射场与外部入射场作为KA区域的入射场,求出KA区域表面的感应电流;最后将KA区域的感应电流产生的散射场与外部入射场作为MOM区域的入射场,利用导体目标表面的狄利克莱边界条件求出目标表面电流以及电流系数,并进一步求解出散射场。通过减小了粗糙面各面元的相互耦合及体-面的高阶耦合作用,极大提升了计算速率。在大小尺寸为L_x×L_y=100λ×100λ的粗糙面与棱边长度为l=2λ的立方体目标复合计算中,使用MoM算法产生了747 886个未知量,计算时间为8 821.5s;而使用MOM-KA混合算法产生未知量为26 868个,计算时间为423.8s,仿真结果同时验证了MOM-KA混合算法的准确性。最后,详细讨论了均方根高度、目标间距、高度及立方体尺寸及对复合散射系数的影响。     

复杂涂敷目标的RCS计算

给出了一种快速计算复杂涂敷目标散射场的方法。将复杂目标电磁散射分成面元和边缘散射,运用物理光学(PO)、阻抗边界条件(IBC)、等效电流(EM C)和物理绕射理论(PTD)对复杂目标雷达散射截面(RCS)进行计算,并将计算结果与文献结果及无涂敷纯金属目标的RCS进行对比分析,结果与文献及预期估计情况吻合较好,表明该方法不仅计算简单,而且结果也较为精确。     

介质粗糙面上目标后向散射的高效混合算法

以计算介质粗糙面上目标后向散射为目的,提出一种高效的混合计算方法.该方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(KA)处理粗糙面区域,使用矩量法(MoM)并结合多层快速多极子技术处理目标区域.实验结果表明,所提出的混合法与传统方法不同的是,根据大尺度光滑型介质粗糙面镜向散射最强的特点,在计算耦合场时只在粗糙面上截取一块区域进行计算,从而极大地减少了耦合场计算中所用内存与时间.     

基于SAR成像的复杂环境中目标识别

综合小面元剖分的数值方法和小面元内部的微扰近似,提出了数值双尺度粗糙面模型,用于模拟SAR分布目标散射.建立SAR分布目标回波信号模型,用于仿真SAR原始数据的产生,用距离多普勒(RD)算法进行成像.模拟计算了一个复杂地形中人工建筑识别的实例,最后采用灰度分割的识别算法进行识别仿真.     

金属薄膜中的电导率计算

考虑到杂质和表面粗糙的散射,运用量子统计的格林函数方法,计算金属薄膜中的电导率．计算表明：在薄膜系统中,来自杂质和表面粗糙散射的电导率都以π／ｋＦ（ｋＦ为费米波矢值）为周期随厚度ｄ振荡．     

基于电磁散射模型的宽带雷达海杂波特性分析

宽带雷达在抗干扰、目标识别与跟踪等方面具有独特优势。基于粗糙面电磁散射模型对宽带雷达海杂波特性进行了分析。首先利用PM谱函数建立二维海洋粗糙面,引入锥形入射波来克服粗糙面的边缘衍射;然后利用物理光学电磁散射模型,并结合子带合成法,得到宽带条件下散射单元的杂波幅度;最后对宽带雷达杂波回波信号进行建模与仿真,得到海面环境杂波的频谱特性和一维距离像,进而分析了雷达工作带宽、入射擦地角和海面风速对海杂波特性的影响。仿真结果表明:雷达工作带宽增加,入射擦地角减小,海杂波回波幅值均有明显下降,而海面风速对海杂波幅值影响不太明显。     

电大矩形深腔的散射中心模型研究

深腔是飞行器类目标的必要几何构成,如进气道、深腔是隐身飞行器重要的散射源之一,也是识别该类目标的重要特征之一,因此对深腔散射中心模型研究具有重要的应用意义.本文针对电大矩形深腔的散射中心建模进行了研究,利用射线追踪确定多次反射等效散射中心的位置,并以全波数值方法数据对散射中心的幅度参数进行精确估计,获得了高精度散射中心模型,该模型具有物理性,其参数与腔体的几何参数直接相关,便于模型的实际使用.验证结果表明,散射中心模型可以精确模拟电大深腔目标的雷达散射截面起伏和高分辨一维距离像特征.      

雪层覆盖的粗糙地面与导体目标复合电磁散射FDTD研究

运用时域有限差分方法（FDTD）研究了指数型分布的雪层覆盖的粗糙地面与上方矩形截面导体柱的复合电磁散射,计算了复合电磁散射的双站散射系数,得到了复合散射系数随散射角变化的曲线,讨论了粗糙面高度起伏均方根、相关长度、雪层厚度、土壤湿度以及目标高度、尺寸等参数对复合散射系数的影响,得到了指数型分布分层地面与矩形截面柱复合电磁散射的特性。     

空间目标的光散射特性研究

利用Modtran大气传输模型计算了不同高度的太阳辐射和傍晚不同时刘的背景辐射．利用基尔霍夫近似法求出雷达散射截面。进而求出双向反射分布函数．通过双向反射分布函数将光辐射的入射照度和目标的散射亮度联系起来．结合目标的几何建模，计算了空中目标在不同位置以及在不同观测站观测时的光谱分布，并与傍晚时刘观测站的背景辐射进行比较。从而确定卫星的最佳观测时间．