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《武汉大学》 2013年
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复杂目标电磁散射算法与特性仿真研究

余定峰  
【摘要】:目标雷达散射截面(RCS)的缩减在军事领域具有重要的意义,是雷达对抗中的关键技术之一。将具有雷达吸波特性的介质薄层涂覆于导体目标外表面,以削弱目标散射电磁波的能量,并使电磁波尽可能地朝着无关的方向散射,这已成为复杂目标电磁隐身技术所追求的目标。介质薄层涂覆导体目标电磁散射问题是计算电磁学领域具有实际应用价值的课题,在雷达目标探测、电波传播以及高频天线设计等领域有着广泛的应用,同时也成为雷达反隐身领域所关心的研究课题,在电子对抗中有着广阔的应用前景。通过阻抗边界条件(IBC)将介质薄层涂覆导体目标等效为无厚度阻抗面,采用表面阻抗并矢给出切向电场和磁场矢量之间的关系,无需考察物体内部场分布便可计算物体外部散射场,避开了介质与导体复合目标中格林函数的推导和计算等难点问题,可将未知量限制在整个涂覆导体的外表面,便于采用表面电磁场积分公式实现电磁散射特性的高效求解,从而简化复杂结构电磁散射问题的分析和数值求解过程。 本文基于阻抗边界条件,研究了介质涂覆不同电尺寸目标电磁散射算法及特性仿真。针对电小尺寸目标,提出了无限长任意形状截面非均匀各向异性阻抗柱面和介质涂覆三维导电目标电磁散射的矩量法(MoM),对于矩量法精确积分计算目标表面所有三角形面元之间的相互作用而效率低的问题,采用矢量多层UV分解技术,减少迭代求解矩阵方程时的矩阵-向量积运算,减少计算机内存需求和计算时间,从而有效提高计算效率,拓宽其应用范围;针对电大尺寸目标,将其电磁散射贡献划分为占主要地位的面散射贡献和占次要地位的边缘绕射贡献。采用双次反弹的物理光学(PO)算法求解面散射贡献,并通过任意斜入射情况下任意劈角阻抗直劈的一致性几何绕射理论(UTD)解导出有限长阻抗直劈边缘的增量长度绕射系数(ILDC)或等效边缘流(EEC),从而以边缘波场修正物理光学场,得到介质涂覆电大尺寸三维导电目标电磁散射的高频预估;针对介质涂覆中等电尺寸目标,提出了矩量法-物理光学(MoM-PO)混合算法解决方案。此外,基于本文提出的各类电磁散射理论算法,进行了地/海环境中目标的电磁散射特性预估及雷达成像仿真研究,对目标特性理论研究和雷达系统改善提供理论指导与数据支撑。本文内容主要包括: 1)研究了介质涂覆电小目标电磁散射的MoM算法建模。包括无限长任意形状截面非均匀各向异性阻抗柱面电磁散射的MoM算法,介质涂覆三维导电目标电磁散射的MoM算法,以及矢量多层UV分解技术加速的介质涂覆导电目标电磁散射的MoM算法。 2)研究了介质涂覆电大目标电磁散射的高频算法建模。包括阻抗平面电磁散射的双次反弹物理光学算法,以及有限长阻抗直劈蜡边缘绕射的增量长度绕射系数算法 3)研究了介质涂覆中等电尺寸目标电磁散射的MoM-PO混合算法建模。将散射体上的边、角等不连续区域划归MoM区,而把其它光滑、连续的区域划归PO区,对于曲率无明显变化的目标,则可以将散射贡献较大的少量区域划归MoM区,则空间散射电磁场可等效为MoM区和PO区电磁流的辐射场。 4)研究了地/海环境中目标的高频电磁散射特性及雷达成像仿真。采用基于双次反弹的PO-EEC算法实现目标与地/海环境复合散射的一体化高精度电磁建模,仿真得到地/海环境中目标的单站RCS以及高分辨率距离像(HRRP)/二维聚束合成孔径雷达(SAR)成像特性。
【学位授予单位】:武汉大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:O441.4

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【参考文献】
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【共引文献】
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10 李毅 ,李晋文,毛钧杰;用于分析电磁散射问题的快速多极算法[J];常德师范学院学报(自然科学版);2002年04期
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3 张华昌;董胜;柳玉良;王海峰;;斜向浪沿直立堤传播规律及对接岸斜坡堤影响[A];第十五届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(中)[C];2011年
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1 尹宝瑞;基于OpenGL虚拟海洋环境仿真[D];哈尔滨工程大学;2010年
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【二级参考文献】
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1 曾渊;阻抗边界条件理论与研究应用[D];西北工业大学;2003年
2 杨星华;介质导体复合目标电磁散射分析的表面积分方程方法[D];电子科技大学;2007年
【相似文献】
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1 杨凌霞;葛德彪;魏兵;;电大目标电磁散射的TD-PO分析[J];电波科学学报;2007年04期
2 赵惠玲;万国宾;万伟;许家栋;;各向异性介质涂覆曲面导体目标的散射[J];西北工业大学学报;2009年05期
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6 谢文录,谢维信;分数布朗表面的电磁散射[J];西安电子科技大学学报;1998年02期
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9 陈晓昕;张红霞;倪维立;;多层快速多极子算法的改进措施[J];上海大学学报(自然科学版);2006年04期
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1 王蕊;郭立新;王安琪;梁玉;;随机粗糙地面与下方目标复合电磁散射研究[A];2010年全国电磁兼容会议论文集[C];2010年
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3 刘柳;肖良勇:退休后从专家到企业家[N];经理日报;2004年
4 本报通讯员杭尔轩实习生罗晓燕;碧血丹心写春秋[N];科技日报;2002年
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6 本报实习记者 朱杰;海天以性价比垄断市场[N];中国经营报;2001年
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1 余定峰;复杂目标电磁散射算法与特性仿真研究[D];武汉大学;2013年
2 袁军;电磁散射与电磁兼容分析中的高性能数值算法研究[D];西安电子科技大学;2008年
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4 高强业;时域多分辨方法研究及其在电磁散射中的应用[D];南京航空航天大学;2011年
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7 罗伟;时变海面与目标复合电磁散射研究[D];西安电子科技大学;2011年
8 丁卫平;电磁散射与辐射问题中基于矢量有限元的混合方法研究[D];南京航空航天大学;2003年
9 张德悦;手性介质中某些电磁散射和反散射问题的研究[D];吉林大学;2004年
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2 秦毅;腔体和含腔目标电磁散射与耦合的有限元方法研究[D];电子科技大学;2003年
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4 陈雄;涂敷以及薄介质目标的电磁散射计算快速方法研究[D];南京理工大学;2010年
5 尹玉;基于大角度抛物线方程方法的多体目标RCS计算[D];安徽大学;2005年
6 田丽君;复杂三维目标电磁建模的新型积分方程方法研究[D];电子科技大学;2008年
7 夏浩淼;随机分布多目标电磁散射问题的快速分析[D];安徽大学;2004年
8 肖东山;平面分层媒质中浅层埋入目标的电磁散射研究[D];武汉大学;2004年
9 汪华;电磁高频快速估算系统[D];浙江大学;2004年
10 段梦蛟;负折射率微波媒质散射特性数值仿真研究[D];电子科技大学;2009年
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