基于并行SBR的电大尺寸目标近场电磁散射研究

摘要

目前远场电磁散射研究已经比较成熟，但是实际应用中（比如导弹和目标交会）目标和雷达之间经常不满足远场近似条件，因此研究目标的近场电磁散射更有实际意义。目标的近场与远场电磁散射在散射机理、模型方法、回波特性等方面皆有不同，但是二者的理论基础都是基于麦克斯韦方程组的，因此可以远场电磁散射的计算方法推广到近场。本文将远场电磁散射算法推广到近场电磁散射计算中，以达到快速求解复杂目标的近场雷达散射截面和角度闪烁的目的。论文的主要工作如下： 1，介绍了常用的高频算法：物理光学法、几何光学法和弹跳射线法，分析了各种算法的优缺点以及适用范围。由于要解决电大尺寸复杂目标的电磁散射问题，因此本文主要采用弹跳射线法。重点介绍了弹跳射线法的实现流程：射线管生成、射线追踪、场强追踪和场强求解，改进了射线管的生成算法，并且将Kd-Tree算法应用到弹跳射线算法中，提高了射线追踪算法的效率。通过将仿真的结果和商业软件FEKO仿真的结果对比验证了程序的正确性和精度。 2，将远场电磁求解算法推广到近场电磁散射计算中，首先给出了远近场划分标准，然后给出了近场雷达散射截面的定义，通过近场雷达散射截面定义给出了近场雷达截面的数值计算方法，接下来给出了完整的近场雷达散射截面计算流程，并且通过算例验证了算法的正确性。此外还研究了局部照射，说明了局部照射产生的原因，模拟了窄波束天线照射平板。 3，分析了目标角闪烁的物理机理，从理论上证明了角闪烁线偏差与距离无关以及角闪烁线偏差与雷达散射截面成负相关性。研究近场角闪烁更有实用价值，尤其是出现局部照射时，会改变目标散射中心的分布，导致近场角闪烁特性与远场角闪烁特性不同。此外本文给出了多种角闪烁抑制方法，通过算例分析了各种抑制方法的优缺点，最后给出了本文中使用的近场角闪烁抑制算法，并且通过算例验证了算法的有效性。 4，本文将使用多个线程来进行射线追踪，以此来提高射线追踪的效率。使用了开源的OpenMP并行编程框架来对程序进行加速，提高了计算机计算资源的利用率。在并行程序中，制约程序效率的一个重要因素是负载均衡，本文从负载均衡的角度优化（近场电磁散射计算）程序，提高了程序的运行效率。

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