随机粗糙面与不确定性外形目标的高频方法分析

摘要

随机粗糙面及其与上方目标的复合电磁散射特性研究在微波遥感、目标识别、雷达成像、导弹制导等领域中有着重要的研究价值，在国防军事领域和民用领域也具有重要的科研价值和广阔的应用前景。为了满足实时性的需求，现在的工程应用对数值算法的求解速度和精度提出了较高要求。本文主要研究了随机粗糙面及其与目标的复合电磁散射特性，引入了物理光学方法(PO)、PO-PO和PO-IPO等混合方法，可以有效地分析粗糙面及其与目标的复合电磁散射特性。同时引入了扰动法与随机配置方法来分析不确定性外形目标的电磁散射。 本文首先研究了粗糙面模型的建立，给出了粗糙面的一些典型的统计参数，并介绍了几种常用的海谱模型。为了抑制粗糙面在边缘位置被突然截断而形成的电磁反射和边缘绕射等效应，引入锥形波来代替平面波入射。针对三维粗糙面的电磁散射研究，引入了物理光学方法。物理光学法是研究粗糙面电磁散射特性的经典方法之一，当入射波波长远小于粗糙面的曲率半径时，粗糙面上任意一点的散射场可以用与该点相切的切平面的散射场来近似表示。 对于粗糙面与简单目标的复合电磁散射，本文提出了PO-PO方法。对于粗糙面与目标，分别用物理光学法计算表面电磁流，通过惠更斯原理不断迭代更新两者的表面电磁流直至稳定来计算两者的相互作用。对于含有强电磁耦合结构的复杂模型，引入迭代物理光学方法来进行计算。因此，粗糙面与复杂目标的复合电磁散射可以用PO-IPO方法来研究。PO-IPO即考虑了目标自身的相互作用，也考虑了粗糙面与目标之间的相互作用，计算精度能满足工程需求。 针对物体尺寸未知的不确定性外形目标的电磁散射，本文将扰动法和物理光学法结合起来进行分析。针对粗糙面与不确定性外形目标的复合电磁散射，本文利用高频方法与随机配置方法相结合来对这类问题进行分析。模型采用NURBS建模，改变控制点位置便能方便的改变物体外形。通过与传统的蒙特卡罗方法进行对比，验证本文方法的正确性和高效性。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1研究背景和意义

1．2国内外研究概况

1．3本文的主要内容和结构安排

2随机粗糙面电磁散射分析的基本理论

2．1粗糙面几何建模

2．1．1三维粗糙面生成

2．1．2高斯谱

2．1．3 P-M谱

2．1．4 Neumann谱

2．1．5海水的介电常数

2．2锥形波

2．2．1锥形波形式

2．2．2锥形波参数选取

2．3雷达散射截面

2．4本章小结

3三维海面与理想导体目标的复合电磁散射分析

3．1引言

3．2物理光学法基本原理

3．2．1基本原理

3．2．2遮挡判断

3．2．3数值算例分析与讨论

3．3三维海面与简单目标的复合电磁散射分析

3．3．1 PO-PO方法原理

3．3．2收敛判定

3．3．3数值算例分析与讨论

3．4复杂目标的电磁散射分析

3．4．1迭代物理光学方法原理

3．4．2数值算例分析与讨论

3．5三维海面与复杂目标的复合电磁散射分析

3．5．2数值算例分析与讨论

3．6并行加速技术

3．6．1并行计算基本原理

3．6．2并行效率

3．6．3数值算例分析与讨论

3．7本章小结

4不确定性外形目标的电磁散射分析

4．1引言

4．2．2 NURBS曲面的定义性质

4．2．3 NURBS曲面的形变控制

4．2．4数值算例

4．3基于物理光学方法的不确定性外形目标电磁散射分析

4．3．1泰勒公式

4．3．2扰动法基本原理

4．3．3数值算例分析与讨论

4．4基于高频方法的海面与不确定性外形目标复合模型电磁散射分析

4．4．1随机配置方法基本原理

4．4．2随机配置方法中的数值积分

4．4．3数值算例分析与讨论

4．5本章小结

5总结与展望

5．1本文的主要工作

5．2展望

致谢

参考文献

附录