物理光学算法在电大尺寸目标电磁散射中的应用

摘要

高频电大尺寸复杂目标雷达散射截面（Radar Cross Section，RCS）的求解是近年来极具挑战性又具有重要意义的课题，尤其对于太赫兹电磁波照射下的目标RCS求解问题。该课题的涉及面相当广泛，研究方法众多。其中，物理光学法（Physical Optics，PO），被公认的在高频电磁场计算领域具有极佳的适用性，特别对于电大尺寸目标的散射及辐射问题能够给出令人满意的结果，其计算速度快，占用内存小等优点也使其受到广大学者的亲睐。对于PO法来说，遮挡判断是PO法的一大难点，本文针对传统PO法遮挡判断算法的不足，提出一种新的遮挡判断方法，使其在求解高频电大尺寸复杂目标雷达散射截面问题时，降低程序的内存消耗，减少运行程序的运行时间。 首先，本文简单的介绍了矩量法的基本理论，矩量法作为计算电磁学中的一种经典方法，了解矩量法的原理和实现过程具有重要的指导意义。本文以电场积分方程（Electric Field integral equation，EFIE）为例,详细给出了矩量法（Method of Moments,MOM）每一步的推导过程，并以矩量法为例，简要介绍计算电磁学数值算法求解目标散射问题的基本步骤。 其次，本文重点介绍了介绍了物理光学法，针对物理光学法求解问题的两大难点—积分离散化和遮挡判断，本文分别做了详细介绍。针对遮挡判断，本文给出了一种简单实用的遮挡判断算法，而对于积分离散化，本文给出了三种积分离散化的方式—直接离散，高斯积分离散和Gordon积分将积分方程进行离散化处理，重点介绍了Gordon积分离散，详细介绍了如何使用Gordon积分将三角形的面积分转化为沿着三角形边的线积分，最后使用金属平板，二面角模型，立方体模型，小船模型和F117飞机模型证明算法的正确性。 最后，本文针对PO法中的遮挡判断问题，提出了一种新的遮挡判断方法。将新的遮挡判断方法用于太赫兹领域，并成功求出了平板，柱椎体和小船在太赫兹电磁波下的雷达散射截面（RCS）。

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ABSTRACT

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第一章绪论

1.1研究背景

1.2 研究现状

1.2.1计算电磁学研究现状

1.2.2太赫兹领域研究现状

1.3 本文的主要研究工作及结构

第二章计算电磁学方法求解问题的步骤

2.1引言

2.2 矩量法基本原理

2.2.1目标的散射模型

2.2.2矩量法数学基础

2.3.1RWG基函数

2.3.2检验函数的选取

2.4离散积分方程

2.4.1阻抗矩阵的填充

2.4.2激励矩阵的填充

2.4.3矩阵方程的求解

2.5雷达散射截面的求解

2.5.1雷达散射截面

2.5.2雷达散射截面的求解

2.6数值算例

2.6.1球体模型

2.6.2圆柱体模型

2.6.3十字型贴片天线模型

2.6.4导弹模型

2.7本章小结

第三章物理光学法

3.1引言

3.2 物理光学法基本原理

3.2.1等效原理

3.2.2物理光学假设

3.3物理光学法

3.3.1物理光学法遮挡判断

3.3.2积分离散化

3.4数值算例

3.4.1平板模型

3.4.2二面角模型

3.4.3立方体模型

3.4.4小船模型

3.4.5F117飞机模型

3.5本章小结

第四章基于新物理光学法的太赫兹目标RCS计算

4.1引言

4.2新物理光学法

4.3数值算例

4.3.1平板模型

4.3.2柱锥体模型

4.3.3小船模型

4.4本章小结

第五章总结与展望

5.1 工作总结

5.2 工作展望

参考文献

致谢

作者简介

1．基本情况

2．教育背景

3．发明专利