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自由空间和海上目标短波段电磁散射特性研究

房超  
【摘要】:结合天波超视距雷达目标探测展开短波段目标电磁散射特性的研究。首先,利用投影求交法根据目标三角面元数据建立了实际复杂目标的时域有限差分方法(Finite-Difference-Time-Domain, FDTD)电磁计算模型。然后,利用FDTD方法计算自由空间目标和半空间目标的全方位雷达散射截面(Radar-Cross-Section, RCS),并对相关目标的电磁散射特性进行了分析研究。 简要介绍了天波超视距雷达及短波段电磁波的传播方式。天波超视距雷达(Sky-Wave Over-The-Horizon Radar, SW-OTHR)一般工作频率在高频(HF, 3-30MHz),飞机和舰艇的尺寸与之波长相仿,目标一般处于谐振散射区,其电磁散射特性的分析计算采用数值方法比较方便,本文中选用FDTD方法计算雷达目标HF波段的电磁散射特性。 目标几何模型和电磁计算模型的建立是其电磁散射特性研究的前提条件。本文首先建立了目标的几何外形,给出了描述目标几何外形的三角面片数据文件。然后利用投影求交的方法给出了FDTD的电磁计算模型。实际复杂目标(B-2隐身轰炸机、F22隐身战斗机和航空母舰等)的建模实践表明,本文方法能够满足复杂目标电磁建模的需要。 为了满足目标全方位电磁散射特性计算的需要,本文给出了一种复杂目标全方位RCS自动计算的实现方案。同时给出了一种单一入射方向,外推多个接受方向的计算方法。利用上述方法计算了短波段复杂目标全方位RCS,并对其电磁散射特性进行了分析研究。 半空间问题计算中,计算域内平面波的引入是问题的难点和关键。本介绍了FDTD计算中层状半空间总场-散射场(Total Field/Scattered Field, TF/SF)边界平面波斜入射方法。同时介绍了色散介质的FDTD处理问题。在此基础上,利用FDTD方法计算了短波段海上目标(飘浮油桶或舰船)的雷达散射截面。


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