随机粗糙面的电磁散射及其与目标的复合散射研究

摘要

随机粗糙面的电磁散射在电磁学、光学、声学等领域中有着重要的应用，在国防军事领域和民用领域也具有显著的学术价值和广泛的应用前景。日趋频繁的工程应用需求对数值模型的求解速度和效率提出了较高要求。本文主要研究随机粗糙面的电磁散射特性以及与目标的复合散射。引入了Kirchhoff近似方法、弹跳射线法(SBR)。可以有效地计算粗糙面的散射以及与目标的复合散射。
　　 本文针对二维和三维粗糙面的散射，引入了Kirchhoff似方法，基尔霍夫近似方法是研究粗糙面电磁散射特性的经典方法之一，它是建立在切平面近似的散射机制的基础上。若随机粗糙面是大尺度起伏，其平均曲率半径远大于波长，在粗糙面上局部的曲面可用该点处的局部切平面近似，则该处的表面场就用该切平面上的切向场近似。这一切平面近似，称为Kirchhoff似(KA)。在数值计算中对无限扩展的粗糙面要进行有限的截断，为了消除粗糙面的边缘突然被截断而产生的反射和边缘绕射等效应，考虑用锥形波(tapered wave)代替平面波入射，实现粗糙面的渐进截断。对锥形波的参数选择也作了说明。针对粗糙面与目标的复合散射，引入了SBR方法，SBR是一种将物理光学法(PO)和几何光学法(GO)相结合的方法。首先它利用GO原理模拟电磁波在目标表面的多次反射效应，即用一系列几何光学射线管来近似电磁波入射到目标表面并且在目标表面发生多次弹跳反射作用，在射线最后一次反射离开目标表面时利用PO原理计算该射线管的远场辐射，最后将所有射线管的远场辐射叠加即为目标的远场辐射。所以SBR能很好地考虑粗糙面与目标的多次作用。针对介质粗糙面与目标的复合散射，引入了EFIE+PMCHW方法来研究，并验证了结果的正确性。