基于TDSBR-FDTD混合算法的多尺度目标电磁散射研究

摘要

在现代军事科技以及通讯系统中，电磁场数值方法被广泛应用于复杂电磁环境的预估以及军事目标的分析探测等方面，具体途径主要可分为两类，高频方法以及低频方法，高频方法主要用于处理电大尺寸同时结果相对简单的目标，低频数值方法主要用于处理结构相对复杂的电小尺寸目标，但对于多尺度目标，使用一种方法进行分析，难以同时满足计算速度和精度的要求，所以使得二者的混合算法更加符合实际应用。
　　首先，本文对传统弹跳射线法(SBR)的进行了介绍。具体介绍了传统算法中的射线追踪求交方法，并推导了物理光学积分解析式。
　　接着，针对表面基本由平面构成的散射体，在传统弹跳射线法(SBR)的基础上，对射线跟踪以及射线求交测试方法进行改进。研究了单根射线与三角形的快速求交方法，同时与弹跳射线法相结合，使用三角形对目标进行两次表面拟合，分别得到用于求交测试的稀疏三角面元，以及用于射线追踪的起始三角面元，利用快速求交方法，完成射线追踪，进行物理光学(PO)积分，完成目标远场电磁散射的快速预估，将该方法的计算结果与文献结果进行对比，验证了该方法的可靠性，通过计算不同拟合面元密度下情况下的结果，验证了该算法的高效性。
　　同时，在频域SBR算法的基础上，进行了时域算法的研究，计算过程中遮挡判别和射线追踪过程沿用频域算法的方法，对于时域PO积分，采用类比Radon变换的一种方法进行解析，得出了准确的闭合表达式，通过对一次反射和多次反射模型的数值仿真，验证了算法的正确性。
　　最后，在时域算法的基础上，进行了TDSBR-FDTD混合算法的研究，将计算区域分为TDSBR计算区域和FDTD计算区域，两区域采用近远场变换进行数据交换，推导了基尔霍夫表面积分表达式，并对程序实现中数据交换采用的数据存储方法进行介绍，采用线性插值使得数据交换过程更加简洁，最后进行了分别进行了辐射问题模型以及散射问题模型进行了数值仿真，通过对比，验证了本文算法在处理多尺度目标散射问题时的正确性与可行性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外现状分析

1．3 论文的主要工作

第2章 弹跳射线理论

2．1 射线路径追踪

2．2 射线场强追踪

2．3 远场物理光学积分

2．4 本章小结

第3章 表面平整目标的远场散射研究

3．1 基于三角面元的目标建模

3．1．1 目标表面离散

3．1．2 遮挡判别

3．2 基于三角面元的快速求交算法

3．3 远场物理光学积分的奇异性处理

3．4 数值算例与分析

3．5 本章小结

第4章 电大目标电磁散射的TDSBR方法研究

4．1 时域弹跳射线方法基本公式

4．2 时域物理光学积分

4．3 目标瞬态时域响应的实现过程

4．3．1 时域脉冲激励源

4．3．2 信号采样原则

4．3．3 宽带时域晌应计算流程

4．4 数值算例与分析

4．5 本章小结

第5章 多尺度目标电磁散射的TDSBR-FDTD算法研究

5．1 TDSBR-FDTD混合算法原理

5．1．1 混合方法的数据交换

5．1．2 线性插值处理

5．2 单反射面天线的数值模拟

5．3 多尺度目标的数值模拟

5．4 本章小结

全文总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文