基于并行矩量法與物理光學混合的電磁散射仿真方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于并行矩量法與物理光學混合的電磁散射仿真方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)在處理電大尺寸模型電磁散射的仿真效率和精度低的問題。其實現(xiàn)步驟是：輸入粗糙面功率譜和粗糙面參數(shù)，用蒙特卡洛法模擬粗糙面；利用3dsMax軟件對雷達目標進行幾何建模，并輸出剖分后的雷達目標；用粗糙面和雷達目標組成復合模型，將粗糙面劃分為物理光學區(qū)域，將雷達目標劃分為并行矩量法區(qū)域；獲取粗糙面和雷達目標表面的感應(yīng)電流；利用復合模型表面感應(yīng)電流計算其遠區(qū)散射場，得到該復合模型的雷達散射截面，實現(xiàn)粗糙面與雷達目標復合電磁散射的仿真。本發(fā)明內(nèi)存消耗少，仿真效率高，可用于國防和民用領(lǐng)域的粗糙面與雷達目標復合電磁散射特性研究。
【專利說明】基于并行矩量法與物理光學混合的電磁散射仿真方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于雷達電磁仿真【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種電磁散射仿真方法，用于獲取目標與粗糙面的復合雷達散射截面。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著雷達技術(shù)的快速發(fā)展，目標與粗糙面的復合電磁散射研究在理論分析與實際應(yīng)用中具有重要的意義。當岸基、機載或者星載雷達對海洋、深林、沙漠等各類環(huán)境中的目標進行電磁探測時，雷達接收到的回波信號中不僅包含了目標信息，還包含了粗糙面背景的電磁散射信號。通過分析這些回波信號，進而可以得出所探測的環(huán)境及目標的某些特性。因而，目標與粗糙面的雷達散射特性研究在國防和民用領(lǐng)域都具有顯著的學術(shù)價值和廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]在過去幾十年里，許多電磁仿真技術(shù)被學者提出用以處理地海面與目標的復合電磁散射問題，大致可分為近似方法和數(shù)值方法。近似方法的優(yōu)點是內(nèi)存占用少、分析速度快，然而近似方法都是基于特定的物理近似，適用范圍窄而且精度較低。相比于近似方法，數(shù)值方法能保持較高的仿真精度，但是其內(nèi)存占用多，分析速度慢。對于電大尺寸粗糙面與復雜目標復合單站電磁仿真問題，數(shù)值方法對內(nèi)存的需求已經(jīng)不再是普通個人計算機的配置能滿足的，且 仿真速度太慢，故該類方法難以推廣到實際電大尺寸粗糙面與復雜目標的復合電磁散射仿真中?；旌戏椒▌t能夠結(jié)合近似方法的高效率和數(shù)值方法精確性的優(yōu)點，傳統(tǒng)混合方法對粗糙面與目標的復合電磁散射進行仿真時，往往采用平面波作為入射源，這樣會在有限長的粗糙面兩端形成人為反射，影響結(jié)果的準確性，而且傳統(tǒng)混合方法對于電大尺寸粗糙面與復雜目標復合電磁散射的仿真效率仍然不能完全滿足工程應(yīng)用要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對上述已有技術(shù)的不足，提出一種基于并行矩量法與物理光學混合的電磁仿真方法，在保證計算結(jié)果精度的前提下，減少未知量個數(shù)和計算時間，降低仿真的內(nèi)存需求，提高仿真效率。
[0005]實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案，包括如下步驟:
[0006](1)輸入粗糙面的功率譜密度函數(shù)和粗糙面參數(shù)，通過蒙特卡羅方法得到粗糙面上NXM個采樣點的位置坐標:
[0007]r_η+1, -m+i_(X-n+i，Y-m+l) Z-n+l，_m+i)，...，
[0008]r0, ο- (χ0) Υ0Ζ0> 0)，...，rn，In- (Xn，Ym Zn，m) ?
[0009]其中n=N2, m=M2, N表示x方向采樣數(shù)，M表示y方向采樣數(shù),下標表示粗糙面上采樣點的序號；
[0010](2)采用三角面元組剖分粗糙面，得到一系列離散的三角面片；
[0011](3)利用3dsMax軟件對雷達目標進行幾何建模，并輸出剖分后的雷達目標模型；
[0012](4)用粗糙面和雷達目標組成復合模型，并將該復合模型中的粗糙面劃分為物理光學區(qū)域，將該復合模型中的雷達目標劃分為并行矩量法區(qū)域；
[0013](5)根據(jù)兩個區(qū)域之間的耦合作用，計算復合模型的表面感應(yīng)電流，基本步驟如下:
[0014]5.1)用錐形波照射復合模型，并設(shè)雷達目標表面的初始感應(yīng)電流為零，粗糙面僅受錐形波激勵，根據(jù)物理光學近似，獲得粗糙面的表面感應(yīng)電流,/
[0015]5.2)用粗糙面感應(yīng)電流《7。激發(fā)的散射場和錐形波一起激勵雷達目標，根據(jù)邊界條件，建立雷達目標表面的電場積分方程，獲得雷達目標的表面感應(yīng)電流Jk./ ;
[0016]5.3)用雷達目標表面感應(yīng)電流七吣/激發(fā)的散射場和錐形波一起激勵粗糙面，根據(jù)物理光學近似，獲得粗糙面的表面感應(yīng)電流;
[0017]5.4)重復步驟5.2)和步驟5.3)的迭代過程，直到~
【權(quán)利要求】
1.一種基于并行矩量法與物理光學混合的電磁散射仿真方法，包括如下步驟: (1)輸入粗糙面的功率譜密度函數(shù)和粗糙面參數(shù)，通過蒙特卡羅方法得到粗糙面上NXM個采樣點的位置坐標:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于并行矩量法與物理光學混合的電磁散射仿真方法，步驟(1)所述的根據(jù)地面或海面參數(shù)及功率譜密度函數(shù)，通過蒙特卡羅方法模擬粗糙面，具體步驟如下: (Ia)通過實驗獲得所要仿真粗糙地面或海面的參數(shù)及功率譜密度函數(shù)，并選取一系列振幅獨立的高斯諧波； (Ib)根據(jù)粗糙面參數(shù)和功率譜密度函數(shù)，對所選的高斯諧波進行振幅調(diào)制，再對調(diào)制后的高斯諧波進行傅里葉變換產(chǎn)生仿真的粗糙面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于并行矩量法與物理光學混合的電磁散射仿真方法，步驟(2)采用三角面元組剖分粗糙面，得到一系列離散的三角面元，在粗糙面上沿著X方向搜索，將粗糙面上互鄰的三個采樣點連接成一個三角面片，對每個面片按行編號，輸出面片的序號、頂點、法向量以及棱邊信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于并行矩量法與物理光學混合的電磁散射仿真方法，步驟`5.1)所述的根據(jù)物理光學近似和邊界條件，獲得粗糙面表面感應(yīng)電流刀^，按如下步驟進行: (5.1a)用錐形波照射復合模型，錐形波的電場#(r)和磁場分別表示如下:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于并行矩量法與物理光學混合的電磁散射仿真方法，其中步驟5.2)所述的根據(jù)邊界條件建立雷達目標表面的電場積分方程，獲得雷達目標的表面感應(yīng)電流*，按如下步驟進行: (5.2a)根據(jù)邊界條件建立雷達目標表面的電場積分方程:
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于并行矩量法與物理光學混合的電磁散射仿真方法，其中所述步驟(6)中計算復合模型的遠區(qū)散射場，得到復合模型的雷達散射截面，按如下步驟進行: (6.1)計算雷達目標表面感應(yīng)電流的遠區(qū)散射場:
【文檔編號】G06F17/50GK103870654SQ201410115110
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月26日
【發(fā)明者】郭立新, 劉蛟, 常偉, 王蕊, 孟肖, 李科 申請人:西安電子科技大學