基于空间三维非均匀SISO阵列雷达的介质目标快速成像算法

近年来,随着高精度定位系统的迅猛发展,基于手持式毫米波雷达的阵列成像技术在无损检测和医疗成像等涉及介质内部结构成像的领域中引起了广泛关注.与常见的二维(Two-Dimensional,2D)平面单发单收(SingleInput-Single-Output,SISO)阵列不同的是,基于手持式毫米波雷达的阵列,其阵元通常非均匀分布于三维(Three-Dimensional,3D)空间中,导致现有的基于平面SISO阵列的对介质目标内部结构进行快速成像重构的算法无法适用.为此,本文提出了一种适用于空间3D非均匀SISO阵列雷达的半空间介质目标快速成像算法.该算法将空间3D非均匀SISO阵列的每一个阵元扩展为一个的虚拟阵列,然后将所有虚拟阵列的回波数据变换至波数域后进行相干累加,最后通过3D逆傅里叶变换(Inverse Fourie Transform,IFT)实现快速成像.数值仿真和实验测量表明,与同样适用于该场景的改进后向投影(Improved Backward Projection,IBP)算法相比,在本文给定的成像参数条件下,所提算法可以在保证成像质量的同时,将成像时间缩短94%以上.

三维介质目标电磁散射的一种计算方法

采用矩量法 -共轭梯度 -快速富立叶变换 (MOM- CGM- FFT)的混合技术来研究三维均匀介质和非均匀介质目标的散射问题。该方法是以等效电流作为未知函数建立积分方程 ,用 MOM将之转化为线性代数方程组 ,应用 CGM- FFT进行求解。由于在计算中采用了 CGM- FFT技术 ,降低了所需计算机内存和 CPU时间 ,可以有效地处理电大尺寸三维目标的散射。所计算出的数据和解析结果相比较 ,吻合较好。结果证明 ,该方法适应性广 ,是一种求解三维电磁散射问题的简单途径。

三维各向异性介质目标电磁散射的MOM-CGM-FFT方法

给出了研究任意形状的三维各向异性介质目标的电磁散射问题一种混合计算方法。该方法以电场作为未知函数建立频域体积分 -微分方程 ,使用脉冲基函数和点匹配函数的矩量法 (MOM)将之转化为线性代数方程组。在求解过程中应用共轭梯度法 (CGM)和快速富里叶变换 (FFT)相结合的方法降低所需计算机内存和CPU时间。与各向同性和各向异性介质球的计算结果和解析结果及其它文献结果相比较 ,吻合较好。对材料参数为奇异矩阵的介质球的计算结果证明 ,该计算方法兼容性强 。

应用DWT-GMRES方法快速计算二维电大介质目标RCS

运用内外等效原理对更具普遍性的有耗与无耗电大介质目标电磁散射特性进行了分析,并应用Daubechies离散小波变换,结合广义最小余量法对平面波照射的二维电大介质目标的雷达散射截面进行了计算。将其结果与传统矩量法和解析解进行了比较,结果表明:在不影响精度的前提下,尤其是对电大目标,该方法在降低计算复杂度,节约存储空间等方面具有明显优势,并可将其推广至其他介质体的散射分析中。

时域物理光学法分析均匀介质目标的瞬态散射

提出将时域物理光学法(TDPO)应用于计算电大均匀介质目标的时域散射场。将菲涅尔反射系数应用到频域物理光学近似中,由逆傅里叶变换推导出介质TDPO的表达式,从而使TDPO能够分析电大均匀介质目标的瞬态响应。同时给出了三角面片建模下入射波的遮挡消隐方法。计算了典型目标的瞬态散射响应和宽带雷达散射截面(RCS),与其他方法求得的结果吻合良好,验证了介质TDPO的正确性。

介质目标电磁散射特性的多层特征基函数法分析

特征基函数法是近几年提出的一种基于分块和高阶基函数概念求解电磁散射问题的快速算法.为了更有效地分析电大尺寸多目标的电磁散射问题,将基于Foldy-Lax多径散射方程的特征基函数法扩展为多层特征基函数法,通过对子域进行多层划分来控制生成矩阵维数的大小和计算精度.应用多层特征基函数法计算了介质目标的远区散射场,数值结果与传统特征基函数法的计算结果吻合良好,且计算效率明显提高.

分析三维随机介质目标散射问题的SMCG方法

应用稀疏矩阵规则网格 (sparsematrixcanonicalgrid ,SMCG)法分析了三维随机介质目标的电磁散射问题 .用矩量法求解介质散射体的体积分方程时 ,根据散射体离散单元间场相互作用的强弱 ,将阻抗矩阵分解为近区强相互作用的稀疏矩阵和远区弱相互作用的补充矩阵 .在用共轭梯度法迭代求解矩阵方程时 ,将格林函数在规则网格点上进行泰勒级数展开 ,进而可利用快速傅里叶变换计算弱相互作用矩阵与待求向量的乘积 ,而强相互作用矩阵与待求向量的乘积可以直接计算 .文中对几种不同情况的随机介质目标的远区散射场进行了计算 ,结果表明SMCG法的计算结果与满阵矩量法的计算结果吻合良好 。

薄涂层介质目标电磁散射的CFDTD分析

针对介质目标表面具有薄涂层材料的电磁散射问题,提出了一种基于等效介质参数的共形FDTD(Conformal FDTD,CFDTD)方法。对于介质目标表面包含薄涂层的共形网格,电场采样点处的介电常数和电导率的等效值通过元胞中介质、涂层和自由空间三者所占的长度加权平均得到,而磁场采样点处的磁导系数和导磁率的等效值利用介质、涂层和自由空间所占的面积加权平均得到。共形网格上电磁场递推式与常规FDTD递推式形式相同,只是递推式系数中的介质参数用相应的等效参数代替。涂层介质球的计算结果说明在保证计算精度的情况下,该方法可比常规FDTD方法节约大量的内存和计算时间。最后用该方法计算分析了复合结构弹翼的电磁散射特性。

基于双正交小波变换的介质目标电磁散射特性研究

推导了一种求解介质目标的PMCHWT方程,并应用到非均匀介质目标的电磁散射问题中。为了加速矩阵方程的求解,引入了db97双正交小波变换对阻抗矩阵进行稀疏化处理;对均匀介质目标与非均匀介质目标的电磁散射特性进行了分析,将结果与普通的电场积分方程以及体积分方程的计算结果相比较;数值结果表明,PMCHWT方程相比于普通的电场积分方程具有抗内谐振的优点,双正交小波变换的使用大大加速了方程的求解速度。

二维有耗介质目标重建的Newtoin迭代方法

本文给出了一种由已知的散射场数据重建二线非均匀有耗目标的复介电常数的迭代算法。由积分方程出发，利用点匹配技术导出了依赖于未知参数的解析逆散射公式。由此可以以解析的形式计算场量对未知参数的导数（Jacobian和Hessian矩阵）。本文采用Newton优化方法迭代末解道散射问题，具有二次收敛特性。为了克服逆散射中解的不适定性，连续采用多个方向的TM波照射目标，并采集目标区域外的散射场数据，以及采用共轭梯度法（CGM）求解逆问题．数值结果表明了本文所提方法的可行性和灵活性。

二维介质目标重建算法

二维介质目标重建是一个具有发展前途的研究领域 ,基于傅里叶衍射成像定理研究了介质成像的算法 ,并讨论了算法的分辨率。在弱散射前提下 ,用矩量法通过计算机仿真计算了前向散射场 ,重构了圆柱的图像 ,并提出了一种实验方案。

二维介质目标电磁散射特性的矩量法分析

利用矩量法对二维介质目标的雷达散射截面进行分析、计算.首先,推出了二维情况下计算雷达散射截面(RCS)的方程,然后应用矩量法计算出了二维介质圆柱的RCS,将结果与解析法结果做对比,发现两种方法结果吻合良好,表明矩量法是研究二维介质目标电磁散射特性的有效方法,最后是矩量法的具体应用,主要对介质方柱、介质三角柱的RCS分别进行了计算.

AWE技术在三维介质目标宽带电磁散射特性中的应用

本文主要研究应用渐近波形估计(AWE)技术分析三维介质目标的电磁散射特性,首先应用AWE技术在介质目标中心频点求解一次积分方程,通过求解可得中心频点的电流系数;给定频段内未知电流系数则是利用外推得到,进而求得介质目标的宽频带电磁特性.文章对典型的三维介质目标:介质圆柱、介质立方体的雷达散射截面进行了计算.从计算结果上看,渐近波形估计技术和矩量法吻合得较好,但AWE技术的效率远远高于矩量法,证明了渐近波形估计技术是分析三维介质目标电磁散射特性的有效方法.文章研究的创新之处在于从计算结果、计算频率点数、CPU时间等方面证实了AWE技术的优势.

GMRES方法在分析三维介质目标电磁散射问题中的应用

把广义最小余数法(GMRES)和矩量法(MOM)结合起来研究三维介质目标的电磁散射问题。对三维介质目标的远区散射场进行了计算,结果与高斯消去法和共轭梯度法(CGM)的计算结果进行了比较,它们吻合的很好,而GMRES方法的计算效率大大提高,说明GMRES方法和MOM的结合是求解三维电磁散射问题的有效途径之一。

介质目标瞬态散射分析的时域积分方程方法与并行计算

推导了用于分析三维均匀介质目标瞬态散射问题的时域积分方程方法公式,采用时域的PMCHW积分方程组,空间基函数和时间基函数分别为RWG矢量三角函数和二阶B样条函数,讨论了基于MPI的并行计算方法。数值例子表明,使用该方法可以获得稳定和精确的结果,与解析解和频域矩量法结果非常吻合。

用时域积分方程法计算介质目标的电磁散射

本文应用时域积分方程法计算介质目标的散射场；并以球体和带球帽的圆柱体为例给出了沿轴向入射平面波的电磁散射结果，与实际测试结果非常一致。值得指出的是，虽然本文给出的介质目标具有平面对称性，但该方法适用于任意形状的目标。

弹丸侵彻多层介质目标的动力分析

以空腔膨胀理论为基础，针对土壤—混凝土构成的双层介质目标，分析了弹丸在侵彻过程中的动力特性和运动规律，并进行仿真计算。

随机粗糙面上介质目标差场散射的快速计算方法

用粗糙面上方有目标和无目标时空间散射场的差值计算雷达散射截面,称为差场雷达散射截面.推导了TE波入射时粗糙表面上介质目标表面的感应电流Jo和感应磁流Ko、导体粗糙面上差值感应电流Jsd的积分方程,直接求解散射差场Esd,而无需对有无目标两种情况分别求解.目标表面的积分方程中需要计算目标所在位置处单独由粗糙面贡献的散射场Es0,它主要来自对准目标的镜面方向上的一小段粗糙面的贡献,此时选取的小段粗糙面减小了计算量.提出目标与粗糙面散射差场积分方程互耦迭代的求解方法.由于理想导体粗糙面的强镜面散射特性,在该迭代计算中的粗糙面的长度与观测散射角有关,给出了它们之间的解析关系式,此时选取的粗糙面长度远小于现有的方法,特别适于低掠角问题.结合MonteCarlo法,迭代计算了P-M谱(Pierson-Moskowitz)导体粗糙海面上方不同介质材料的圆柱和方柱目标的差场散射,并与理想导体柱的散射进行比较.讨论了介质目标上感应电流、感应磁流,以及粗糙面上的差值感应电流的分布,目标差场散射的峰值特征等.

侵彻弹在目标介质中的静稳定性研究

为掌握侵彻弹对混凝土各类介质目标的弹道稳定性,借鉴导弹飞行力学中静稳定性的表述和计算方法,提出了侵彻弹在目标介质中的静稳定性概念,给出了静稳定性的计算方法,并用Matlab编程实现。用此方法计算某侵彻弹的静稳定性并对其影响因素逐一分析,提出了保证静稳定性的设计方法,对侵彻弹的优化设计提供了很好的设计依据。

混合场积分方程结合MLFMA分析导体介质复合目标电磁散射问题

针对组合目标电磁散射问题,采用一类新的混合场积分方程进行分析.通过合理选择比例系数组合表面电场和磁场积分方程,构造出具有良好收敛性的阻抗矩阵.MLFMA的迭代求解采用广义最小残差方法(GMRES),结合预条件技术进一步减少迭代次数,加速计算并提高处理电大尺寸导体介质复合目标的能力,研究了几类典型目标电磁散射特性并比较了计算效率,数值算例验证了该方法的准确性和高效性.