基于体弹跳射线法的等离子体目标散射建模技术研究

针对非均匀等离子体包裹目标的电磁散射问题,提出了一种基于体射弹射线法的建模技术,重点研究电磁波在介质体中的传播特性及散射分析方法。针对在介质体中透射与反射射线数据量激增的问题,提出了基于迭代追踪加速技术以此提高体介质散射中透射反射射线的追踪效率。仿真实例表明,与传统弹跳射线法相比,体弹跳射线法能更快速准确地计算出等离子体目标的散射特性。采用所提出的技术研究了等离子体鞘套对阿波罗号返回舱雷达散射截面积的影响,验证了等离子体对目标雷达散射截面积有一定缩减作用。

基于改进SBR的舰船SAR成像快速仿真计算方法

针对SAR(Synthetic Aperture Radar)舰船成像仿真应用中电磁散射特性计算效率低下的问题,在现有SBR(Shooting and Bouncing Rays)算法的基础上,本文提出两方面改进.一是基于叶节点空间邻域编码搜索的射线管相交面元检测算法,通过只追踪射线管中心射线并搜索叶节点空间周围潜在相交面元,在有效提升相交检测速度的同时避免遗漏相交面元;二是射线管三角剖分快速分裂算法,将射线管和相交面元投影至射线管虚拟孔径面,利用Delaunay三角剖分算法自适应地将射线管快速分裂成连续的子射线管.对典型舰船目标进行RCS(Radar Cross Section)计算及SAR成像仿真实验,结果表明,在保证计算精度的前提下,本文方法计算效率比Kd树(K-dimension tree)加速SBR方法提升14倍以上,比经典自适应射线管分裂SBR方法提升3倍以上,计算效率显著提高.

基于时域弹跳射线法的海面复合目标近场回波仿真

雷达回波信号的获取对研究动态目标识别和雷达成像具有十分重要的意义。提出了一种基于时域弹跳射线法(Time Domain Shooting and Bouncing Ray, TDSBR)的动态目标回波仿真模型,用于模拟海上电大目标的近场雷达回波。该模型采用TDSBR方法直接在时域计算弹载雷达照射下的目标与海面近场复合散射特性,并结合“stop-go”方法模拟雷达与目标之间的相对运动,实现了弹载雷达照射下海上运动舰船目标的回波信号仿真。仿真结果表明,该模型可以有效呈现海面与海上目标的耦合效应,实现对目标速度和距离的预测,具有良好的精度和较高的效率,在海洋环境中弹载雷达的回波预测和目标检测中具有广阔的应用前景。

计算曲面结构目标的发散因子修正弹跳射线法

[目的]在使用弹跳射线法(SBR)计算曲面目标的电磁散射特性时,若采用平面片离散曲面结构,会对射线管的波前计算以及射线跟踪造成较大误差,导致仿真结果的置信度明显下降,因此需进行算法修正。[方法]在修正算法中利用曲面拟合技术重塑三角型离散模型的曲率信息,基于微分几何计算射线管波前曲率,进而引入发散因子修正射线管的幅值。另外,对于采样精度下降的发散射线管,设计出新的射线追踪方法,并实现射线管对目标表面的超采样。[结果]数值结果表明,修正后的算法有效提高了射线管的采样精度和曲面结构目标的计算准确度。[结论]发散因子修正对于提高弹跳射线法计算曲面目标散射特性的准确度具有重要意义。

基于时域弹跳射线法分析电大尺寸目标的散射

通过对频域弹跳射线法的表达式进行逆傅里叶变换推导出时域弹跳射线法的表达式,并且讨论了与时域弹跳射线法相关的八叉树加速算法、Nyquist抽样准则及遮挡判别方法。与时域低频方法(如时域有限差分法、时域积分方程法)相比,时域弹跳射线法的优点是计算速度快、所需内存少,是分析电大尺寸目标宽带雷达散射截面的高效方法。实际算例的数值结果表明,时域弹跳射线法与其他精确方法的结果吻合很好。

改进的电大目标电磁散射弹跳射线算法

针对传统弹跳射线方法(SBR)在处理电大尺寸目标电磁散射问题时存在效率不高的问题,提出了改进的电大目标电磁散射弹跳射线算法。该算法在采用层次包围的二叉树加速数据结构的基础上,提出了在图形处理器(GPU)端实现射线管的分裂和追踪更新的计算统一设备构架(CUDA)并行计算SBR算法。通过实验算例验证表明,该方法可有效提高SBR方法处理电大尺寸目标电磁散射问题的的计算效率。

基于弹跳射线法的海上目标快速成像与识别算法

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)因为全天候、全天时的观测能力在军事和民用领域有着广泛的应用背景。考虑到SAR研究的成本和效率以及SAR图像在目标检测领域的应用,SAR图像的仿真技术发挥了重要优势。针对传统成像方法耗时较长的问题,本文利用基于弹跳射线法(SBR)的快速成像技术以达到快速获取大批量SAR图像的目的。为了更加精准地识别SAR图像中的目标,在Faster RCNN目标检测网络的基础上,根据真实舰船目标的尺寸改变候选框的初始尺寸以及利用特征融合的方式对原算法架构加以改进。最后,在Faster RCNN框架中加入特征金字塔结构(Feature pyramid networks,FPN),进一步提高算法对SAR图像中的舰船目标检测和识别的能力。

一种基于三维射线弹跳法的并行电磁传播预测算法

提出了一种基于三维射线弹跳法的并行电磁波传播预测算法。三维射线弹跳法中每条射线跟踪、每个绕射源都具备可并行性，其并行计算可分为射线并行、绕射源并行2个阶段先后处理。每个阶段都使用管理者／工作者并行模式，管理节点依据各个工作节点的任务量动态分配任务，并收集计算结果，工作节点并行完成射线跟踪或绕射源处理任务。测试结果表明：该算法的加速比趋干线性，可扩展性好，利用128个CPU核求解大规模问题时加速比可达116，并行效率约为90％。

基于改进SBR技术的地面目标SAR图像快速生成技术

传统的弹跳射线(shooting and bouncing ray,SBR)技术主要适用于自由空间目标的电磁散射计算,当用于地面目标与背景复合场景的电磁散射计算和合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)图像建模与仿真时,在小擦地角下其计算误差显著增大。针对此问题,提出了一种基于“四路径”模型的改进SBR技术,其考虑了目标与邻域地面之间的多次反射效应以及目标与远区地面之间的多径散射效应对地面目标散射回波的影响。首先构建一个尺寸略大于目标包围盒的粗糙地面实体模型;然后结合“镜像法”改进射线追踪技术,分析电磁波在目标各部件间、目标同实体地面之间以及同虚拟半空间分界面之间的射线传播过程;最后结合高频渐近方法完成电磁散射计算。利用精确数值法计算结果对所提出技术进行了验证,并将其应用于地面目标的SAR图像高逼真度仿真,同实测SAR图像比对表明了所提技术具有良好的适用性。

基于弹跳射线法的机载天线仿真分析

提出了基于表面电流法的弹跳射线法,并利用对比基于接收球算法的射线追踪法和矩量法的计算结果来验证算法的计算精确性,然后采用基于表面电流法的弹跳射线法分析某型号直升飞机机载天线,对比不同位置处天线的方向图变化,分析变化原因,为实际飞机天线布局设计提供参考.

基于射线弹跳法的常见电磁仿真模型的地形剖分加速算法

电磁环境仿真中,针对一种常见的电磁仿真模型,提出了一种地形剖分方法来加快射线追踪计算。当发射机与接收机相距较远时,将包含发射机的较小区域和包含接收机的较小区域分别用较密的网格进行剖分,其他的地形用较粗的网格进行剖分。大量的仿真测试证明了该加速算法的高效性,其能在保证仿真精度的情况下减少仿真时间。

基于FPGA的弹跳射线法实时加速

为提高雷达散射截面计算的效率,提出一种基于现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)平台的弹跳射线法实时加速方法。采用Verilog语言,实现法向量求解、求交运算、多次散射、场强追踪和散射界面计算等模块的设计。与传统计算机串行计算相比,基于FPGA的加速方法能够保证计算精度,提高计算效率,加速比接近600倍,满足弹跳射线法的实时性需求,可方便地集成到实时雷达信号模拟中,拓展其应用范围。

基于自适应射线管分裂的多次反射计算方法

传统弹跳射线(shooting and bouncing rays,SBR)方法采取按均匀射线管的方式进行射线追踪,因此,在计算电大尺寸复杂目标多次反射时,需要处理海量射线,计算效率极低,应用上受到很大限制。提出了一种基于复杂目标不规则三角网(triangle irregular network,TIN)模型的自适应射线管分裂算法(adaptive ray tubesplitting algorithm,ARTSA),利用TIN模型信息动态生成非均匀初始射线管,经过与模型三角面元的求交、多边形裁剪和三角化处理,将初始射线管自适应分裂成多个子射线管,利用口面积分(aperture integral,AI)法计算各子射线管的多次反射场,通过相干叠加获得目标多次反射贡献。与传统SBR方法相比,在相同计算精度下,所提算法能极大地减少射线追踪数量,显著提高计算电大尺寸复杂目标多次反射的效率。

基于SBR法研究发动机进气道的RCS

采用弹跳射线法 (SBR)对发动机进气道的雷达散射截面 (RCS)进行了分析计算。通过光学射线跟踪、场强跟踪及口径积分方法 ,研究了任意截面和形状的管道电磁散射特性 ,比较了一实际进气道的计算与实验结果 ,验证了此方法的有效性 。

SBR雷达散射截面快速算法在雷达隐身设计中的应用

目前RCS预估方法大致可以分为两大类:精确方法和近似方法。而近似方法运算速度快,适合在工程实际中应用,但准确度相对较低。选取了弹跳射线(SBR)法,既具有运算速度快的特点,又具有较高的准确度。简要论述了其原理以及应用情况,通过典型算例验证了其方法仿真的准确度,并介绍了某型雷达外形隐身设计案例。

快速求交算法在射线追踪中的应用

针对弹跳射线法(shooting and bouncing ray,SBR)中复杂的射线追踪部分,本文利用Moller和Trumbore提出的射线与三角面元求交点的算法实现了射线路径的快速计算。对任意复杂目标采用三角面元建模,将射线方程与目标曲面函数联立求解的问题转化成射线与三角形求交点的问题,大大降低了计算难度,同时三角面元建模的方式也扩展了SBR算法的计算范围。通过对典型目标雷达散射截面积(RCS)的计算,验证了此种算法的正确性和高效性。

基于射线追踪的快速雷达图像仿真方法

为了解决目标识别、隐身目标设计等研究领域对雷达图像需求日益增加的问题,提出了一种基于射线追踪的快速雷达图像仿真方法。该方法利用射线追踪计算每一个射线管的散射电场及其在雷达成像平面的投影坐标,通过将所有射线管的贡献在像域进行累加得到1幅二维雷达图像。通过对不同路径射线的聚类,可实现对散射贡献的分离,从而建立目标部件与强散射源的对应关系,并对复杂目标雷达图像进行解释。给出了Slicy目标的快速雷达图像仿真与算例分析,分析结果表明:基于射线追踪的快速雷达图像仿真方法可对复杂雷达图像进行有效预测,并能对强散射源进行成因分析。

基于解析积分的TDSBR算法及其在目标散射中的应用

在传统的时域弹跳射线(Time Domain Shooting and Bouncing Rays,TDSBR)方法的基础上,采用基于解析积分的时域物理光学(Time Domain Physical Optics,TDPO)方法计算目标的散射场.与传统弹跳射线法相比,新方法明显减少了射线管的数量,节省了计算内存,是一种分析电大尺寸目标散射问题的高效方法.最后,通过数值计算结果验证了该方法的可靠性和高效性.

典型目标的太赫兹散射算法研究

本文对太赫兹波段下典型目标的电磁散射算法问题进行研究。该算法采用射线弹跳法(SBR),主要分为建模,剖分,面散射计算,物理光学的积分求和,和计算雷达散射截面积(RCS)五个步骤,得出目标散射体在太赫兹波段下RCS随观察角的变化曲线,并利用CST仿真软件设置相同的条件来验证算法的正确性。最后,本文探究了太赫兹波段下和微波波段下散射体的特性,深入讨论在不同波段目标物体的散射场特点。

基于HPP/PO的舰船与海面耦合散射快速算法

针对粗糙海面上舰船类超电大尺寸复杂目标电磁散射问题,提出了一种基于混合面元投影(HPP)和物理光学法(PO)的计算目标与海面耦合散射的快速算法。首先建立基于海谱的海面几何模型,并考虑海面面元的微粗糙特性,修正海面反射系数,然后针对目标和海面的结构特点,形成两种尺度面元混合的目标与海面模型,对电磁波在海面和目标之间的多次反射按照GO原理进行快速投影运算,并利用PO计算投影区域的散射贡献,最后给出了几组典型实例的计算结果。数值计算表明,该方法对于海面舰船类目标的散射计算是高效、准确的。