组合体目标电磁散射的GO-PO算法

摘要

由于实际中目标结构和组合材料的复杂性，其结构组成并非单一几何体，材料构成也并非单一金属或非金属材料，因此，对不同材料、不同组合体的电磁散射特性的研究具有迫切的需求。基于Maxwell方程的物理光学(PO)算法，被公认在高频电磁场计算领域具有极佳的适用性，特别对电大尺寸目标的散射及辐射问题能够给出满意的结果。而作为射线光学中的一种零波长近似，几何光学(GO)理论，以其在均匀媒质平面波下对能量传播和散射机理方面独有的处理优势，能够对给定结构进行射线追踪。
　　本文在结合PO及GO算法各自优势的基础上，分析并实现了PO算法及几何物理光学(GO-PO)算法，并对介质目标下各算法的反射系数进行修正。重点结合两种电磁计算方法，从简单到组合模型及复杂目标再到介质涂覆目标，对大量算例作出具体的电磁仿真、计算及分析。详细的工作包括：
　　1.结合PO经验公式分析并求解了标准体(圆盘、方板)在不同情况下的雷达散射截面(RCS)，采用Mie级数法对球体和圆柱的散射场进行求解分析。在此基础上进一步实现了对任意目标的RCS的PO理论计算，以不同模型的求解算例作为参考依据，验证了算法的可靠性和通用性。
　　2.在实现PO对一次场求解的基础上，引入GO中的射线追踪思想来增加多次反射场对总场的贡献，对目标进行三角面元剖分，对各个面元进行一次及多次场的求解，并对各个面元的场进行相干叠加，最终实现了GO-PO理论对任意模型的总场的计算。详细求解并分析了二面角结构不同夹角、尺寸，入射波不同频率、不同极化方式下的耦合场。特别对于类海面与船舷结构，采用正弦型组合粗糙面进行模拟，船舷用平板简化表示，正弦面代替粗糙面。分析了复合结构中夹角、粗糙海面起伏大小对电磁散射特性的影响，为船海耦合电磁散射特性分析提供了基础模型。并对组合目标(三面角结构、船体桅杆雷达简易组合模型)及复杂目标例如小型飞机的耦合场进行了求解。
　　3.对比不同极化方式(HH、VV)下介质材料特性的变化，结合不同介质对PO及GO-PO算法的反射系数进行修正，实现了介质目标的PO及GO-PO求解。利用介质PO求解了涂覆介质的方板及圆锥的散射场。采用介质GO-PO算法解决了涂覆不同介质、不同涂覆位置的二面角结构的耦合场的计算问题。另外对组合目标比如类海面与船舷结构涂覆介质、甲板和阵列天线涂覆不同介质以及复杂目标比如导弹模型涂覆介质情况都作出详细的计算与分析。并结合大量算例作为理论依据，分析了介质材料(无耗和有耗介质)对目标RCS影响方面作出的贡献。

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状及趋势

1.3 本文的组织结构

第二章 传统的物理光学法(PO算法)

2.1 电磁场理论基础

2.2 物理光学法理论基础

2.3 经验公式求解各常用标准体目标

2.4 PO求解任意散射体RCS

2.5 Mie级数法求解导体球及圆柱

2.6 本章小节

第三章 几何-物理光学法(GO-PO算法)

3.1 GO-PO理论基础

3.2 GO-PO计算二面角结构的RCS

3.3 GO-PO求解分析类海面与船舷复合结构

3.4 组合目标及复杂结构的GO-PO求解分析

3.5 本章小节

第四章 表面介质涂覆目标的电磁散射求解分析

4.1 反射系数的计算

4.2 介质涂覆目标的PO计算

4.3 介质涂覆二面角结构RCS的GO-PO求解

4.4 涂覆介质组合模型及复杂结构的电磁散射分析

4.5 本章小节

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

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