基于时域物理光学方法的半空间上方目标散射研究

摘要

目标电磁散射特性研究对于目标的探测与识别具有重要意义。一般来说，目标散射特性的研究主要有实验研究和仿真研究两种类型。实验研究最为根本，然而需要耗费大量的人力、物力和财力。同时，在有些情形下很难进行实验测量。仿真方法主要有解析法、数值法和高频近似方法。对于电大尺寸相对比较简单的目标，常常采用高频近似的方法。以往对目标特性的研究，比较多的集中在自由空间的情形。然而，在现代战争的条件下，突防的飞机、导弹等往往掠地、海面飞行。这时，半空间的影响不能忽略。同时，在天基雷达的情形，地面或海面的影响也必须要考虑。通常情况下，半空间上方目标电磁散射的计算涉及半空间或分层半空间格林函数。相关格林函数的计算包含复杂的Sommerfeld谱域积分，该积分由于被积函数的强烈振荡导致积分很难计算。在下半空间为多层介质的情形，格林函数更为复杂，现有文献中最多看到四层介质情形下的格林函数的解析式。这些复杂的解析式在实际工程应用中由于数学艰深往往会带来许多不便。
　　本文采用时域物理光学方法处理半空间上方目标的电磁散射问题。物理光学算法由于采用局部场原理不考虑目标各部位间的电磁互耦关系，具有未知数少、简单和计算速度快等优点。在半空间情形，入射到目标上的照射波包括直接入射波和界面反射波。其中反射波可以通过正、反傅里叶变换结合菲涅尔公式获得。相比于自由空间的情形，面元的消隐也需要重新考虑。当在双向入射波的激励下计算出目标表面的感应电流后，就可以将目标的散射等效为半空间上方电、磁偶极子的辐射问题。半空间上方偶极子的辐射本文采用互易定理得到的结果，该结果忽略表面波和侧面波的部分，只考虑直达波和反射波。在目标离界面1~2个波长以上，观察点远离界面时是对格林函数的良好近似。分别建立了半空间上方球、平板、圆柱的模型进行研究与计算，计算了半空间上方目标时域远区场响应与自由空间时域物理光学法结果进行了比较。

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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

1.3 基础理论分析

1.4 本文的主要研究内容

1.5 本章小结

第二章 时域物理光学基本理论

2.1 引言

2.2 散射场计算的物理光学近似

2.3 物理光学照明区边界的修正

2.4 时域物理光学基本公式

2.5 几种常用的脉冲激励源

2.6 建模与读取

2.7 自由空间算例

2.8 本章小结

第三章 半空间基本理论

3.1 引言

3.2 基础理论

3.3 半空间Fourier变换求解反射波

3.4 半空间偶极子的瞬态辐射远场

3.5 本章小结

第四章 半空间上方目标电磁散射分析

4.1 引言

4.2 半空间四路径法

4.3 入射波的加入

4.4 互易定理计算半空间上方的远区辐射场

4.5 算例

4.6 本章小结

结束语

致谢

参考文献

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