基于绕射场修正快速迭代物理光学法的海面舰船与角反阵列电磁散射分析

随着雷达技术的发展,雷达制导武器严重威胁着海面舰船目标的安全.为了保护海面航线的舰船,多面角反射器得到了广泛利用.本文以海上舰船与角反射器阵列组合为分析目标,针对其散射作用强、局部耦合明显的目标散射特征,提出了局部迭代物理光学(iterative physical optics,IPO)方法进行高效的电磁散射建模,并采用快速多极子技术与GPU并行技术实现了大场景海面复杂目标与角反干扰阵列的快速雷达散射截面积(radar cross section,RCS)仿真计算.该方法通过将电流迭代求解再辐射作用的区域截断在射线路径周围的局部区域内的操作,减少了IPO方法中分析复杂目标的电磁散射过程所产生相互作用的循环计算未知量.同时该方法考虑了边缘绕射场对目标RCS的影响,并利用绕射场对表面反射场进行修正.不同类型舰船的角反射器阵列的仿真结果表明,本文方法可为海战场反电子侦察提供有效的理论实现方案.

基于迭代物理光学和等效边缘电流方法的S形进气道雷达散射截面研究

为了研究进口形状对S形进气道唇口边缘绕射场与其腔体内部散射场电磁特性的影响,在S形进气道偏心距、面积变化规律、中心线变化规律不变的条件下,采用迭代物理光学法(IPO)与等效边缘电流法(EEC)方法,对圆形、椭圆形、矩形、菱形、W形等5种不同进口形状的S形进气道进行了雷达散射截面(RCS)的数值分析。结果表明,进口形状对进气道的RCS特性影响较大;在较大的探测角范围内,W形进口S形进气道的RCS值明显低于其它进口形状的S进气道;菱形进口进气道的RCS在唇口未做修型S形进气道中最低。W形唇口修型可有效降低唇口边缘绕射场的RCS;而在负探测角时,斜切唇口修型可大大降低S形进气道总散射场的RCS。

应用改进迭代物理光学方法分析电大尺寸开口腔体散射

为了克服用 IPO法处理电大尺寸形状相对复杂的腔体散射时会出现迭代收敛慢甚至发散现象 ,本文引入松弛因子、异步迭代以及继承迭代等措施改进迭代的收敛性 。

用迭代物理光学法分析导弹的耦合散射效应

主要介绍用迭代物理光学法(IPO)计算存在散射耦合的导弹雷达散射截面(RCS)。主要原理是用迭代的方法来求解磁场积分方程(MFIE),以求得存在耦合部件的RCS。研究表明,在IPO的计算过程中不仅需要判断入射波的照射面和阴影面,而且要判断互相耦合的散射体之间的可见性,本文给出解决该问题的相应方法。对遮挡问题判断的准确性直接会影响迭代过程的收敛性,同时影响收敛性的因素还有电磁波相对于散射体的反射次数。最后,通过利用IPO方法与PO方法的计算结果的比较,分析导弹的耦合散射效应。

基于曲面片迭代物理光学法的电磁耦合计算

将基于平面片的迭代物理光学(IPO)方法推广到曲面片上,发展了基于曲面片的迭代物理光学(CIPO)方法。利用CIPO方法计算分析了薄层天线罩和罩内散射体之间的电磁耦合作用。研究表明:同基于三角面片的IPO方法相比,CIPO方法对于表面曲率较大的目标可获得更高的计算速度和精度。

一种有效的分区域迭代电流基方法

针对传统的矩量法和物理光学混合方法不能有效地考虑大的物理光学区域内部之间复杂的耦合效应问题,将整个目标区域分为多个子区域,并对不同区域分别利用电场积分方程和磁场积分方程来建立方程组.给出了一种分区域迭代的电流基方法来求解各个子区域的表面电流,达到了通过分析各个子区域之间的简单耦合来有效地研究整个大区域的复杂耦合效应的目的.

IPO-MoM混合法分析开槽电大目标的电磁散射

本文利用迭代物理光学法（ Ｉ Ｐ Ｏ） 与数值方法相结合的混合方法计算二维开槽电大目标的电磁散射．首先根据等效原理将散射场进行分解，分别采用 Ｉ Ｐ Ｏ 法和矩量法（ Ｍｏ Ｍ） 计算槽缝填充的电大目标和槽缝的散射，并在口径处应用广义网络原理处理耦合问题．数据结果表明本文方法是准确和高效的．

改进的IPO与FEM混合法分析复杂电大腔体电磁散射

对传统的迭代物理光学法 (IPO)进行了改进 ,使之适合于分析具有非完纯导电边界的电磁问题 ,并与矢量有限元方法 (FEM)相结合 ,对内壁涂敷介质的具有复杂终端结构的电大尺寸腔体的电磁散射特性进行分析。通过Fresnel反射系数 ,利用IPO方法处理腔体内壁比较平滑的介质涂敷区域 ,在结构复杂的终端区域 ,利用FEM进行分析。利用交界面上场强连续条件实现两个区域之间的电磁耦合。通过迭代 ,计算出腔体内部稳定的电磁场分布 ,进而获得整个腔体的散射特性。由于在介质涂敷附近区域避免了FEM处理过程 。

计算开槽电大目标电磁散射的IPO-MOM混合法

由于常用的高频近似法和数值方法难于求解较复杂目标的电磁散射问题，故提出一种将迭代物理光学法（ＩＰＯ）和矩量法（ＭＯＭ）相结合计算二维开槽电大目标电磁散射的混合方法．该方法根据等效原理将原问题进行分解，分别采用迭代物理光学法和矩量法计算槽缝填充的电大目标散射场和槽缝散射，并应用广义网络原理处理口径耦合问题．数据结果表明这种方法是精确和高效的．

基于IPO的进气道扩压器电磁散射计算方法

进气道RCS目标特性在整个飞机中占有较大比例,但作为电大尺寸腔体,其RCS特性评估与外机身相比有其固有困难。本文研究了适合于任意腔体RCS评估的迭代物理光学算法,该方法基于磁场积分方程属于高频算法范畴,可以较精确地计算出进气道金属表面电流矢量分布并给出令人满意的RCS结果。通过软件开发实现了任意腔体RCS特性评估,并用标准算例考核了程序准确性。应用该软件对某型心线一定的金属进气道S弯扩压器开展计算研究,获得了不同宽高比扩压器在入射波长为0.03 m下的电磁散射特性变化规律。

IPO+FMM混合方法结合GRI和级联技术计算电大腔体的RCS

采用快速方法(FMM,RPFMM,FaFFA)加速迭代物理光学法(IPO)的迭代过程,可以快速计算电大腔体的电磁散射特性。采用广义互易积分,用靠近腔体终端的一个S_t面将腔体分成两段,形状简单光滑的腔体前端用IPO结合快速算法处理,而腔体终端单独分析。为了能够处理深腔体和进一步加快计算速度,将腔体前端进一步分成几个子腔体,每一个子腔体独立分析,通过一个级联方法求得腔体前端在S_t面产生的辐射场,最终在S_t面用广义互易积分求得腔体的RCS。数值计算结果表明该方法是准确的,同时能有效地提高计算速度。

IPO结合FMM,RPFMM,FaFFA方法快速计算电大腔体的RCS

迭代物理光学法结合快速多极子(IPO+FMM)方法,可以快速计算电大腔体的电磁散射特性。传统的快速多极子(FMM)方法需要计算两组的转移因子以及转移过程的全部角谱分量,计算开销是非常大的。随着组间距离的增大,转移过程可以用射线多极子(RPFMM)简化计算,为了充分利用射线多极子方法中参与计算的有效角谱分量随着组间距离增大而变少的特性,采用一种随着组间距离增大自适应调整参与计算的角谱分量的锥形区域的射线多极子方法(RPFMM),当两组距离足够大而位于远场时,用远场近似方法(FaFFA)进一步简化计算。结果表明该方法能在保持计算精度的同时并能较IPO+FMM方法进一步减少计算资源占用、提高计算速度。

分析电大开口腔体电磁散射的快速混合算法-IPO+FMM

电大尺寸开口腔体结构的高频电磁散射分析是复杂目标RCS分析预测中一项很有意义和难度的工作,提出 一种混合算法-IPO+FMM,将迭代物理光学法与快速多极子方法相结合,对电大尺寸开口腔体进行电磁散射分析,文中对 IPO+FMM混合算法进行理论分析与公式推导,希望在保证分析精度的同时减小计算量,提高计算速度。

基于高频方法分析电大尺寸目标的散射

采用物理光学法及其改进方法分析电大目标的雷达散射截面。作为对物理光学方法的修正,采用等效电磁流法计算了物体棱边绕射场的贡献。由于电磁波在腔体内存在多次反射,物理光学方法对于腔体的电磁散射问题给出的结果误差较大。为此,可以采用迭代物理光学法和弹跳射线法计算腔体散射。分别采用迭代物理光学法和弹跳射线法方法计算了腔体电磁散射,并且对迭代物理光学法与弹跳射线法方法的优缺点进行了对比。最后,提出利用图形处理器加速弹跳射线法方法的射线追踪部分,实现了弹跳射线法方法的有效加速。数值结果表明上述方法是有效的。

考虑近区多重散射的目标RCS图形电磁算法

计算目标雷达散射截面时,对于存在近区多次散射的目标,对存在近区耦合场的单元的识别非常复杂。从磁场积分方程出发,结合图形电磁计算平台GRECO,经过适当的坐标转换,可快速识别对单元产生耦合场的区域;同时,采用迭代物理光学方法,计算了典型目标的近场与远场RCS。数值算例证明了本方法的有效性,本方法考虑了目标的多重散射特性,使得图形电磁计算方法从物理光学方法扩展应用到迭代物理光学方法。

快速分析电大腔体电磁散射的混合算法

为提高电大腔体电磁散射分析的效率,提出将迭代物理光学法(IPO)与快速多极子方法(FMM)相结合的混合算法IPO+FMM,给出该混合算法的数学模型推导,该算法可将每迭代步的计算量由O(N2)降到O(N1.5),最后分析了二种不同形状的电大尺寸腔体的雷达散射截面。数值结果表明,该混合算法与IPO算法相校,精度相当但效率有显著提高。

二维多粗糙度分层粗糙面与上方目标复合电磁散射计算方法

研究了二维多粗糙度分层粗糙面与上方目标复合电磁散射特性的自适应迭代物理光学算法。采用Monte Carlo法并结合高斯谱函数生成高斯粗糙面,基于分区域建模方法,建立了二维多粗糙度分层粗糙面和上方目标的复合模型。利用物理光学法和等效原理,得到分层粗糙面和目标的直接感应电磁流;基于表面积分方程,分析了分层粗糙面之间以及粗糙面和目标之间的耦合电磁流迭代机理。引入感应电磁流能量改变速率,对传统迭代物理光学法进行改进,使算法自动收敛。将计算结果同多层快速多极子方法和迭代物理光学法进行比较,验证了算法的准确性和高效性。在此基础上,研究了不同目标、不同粗糙度的分层粗糙面的双站RCS计算结果和散射特性,讨论了分层粗糙面间距对双站RCS计算结果和散射特性的影响。本研究为分层环境及上方超低空突袭目标的探测、分类和识别提供了数据支撑和理论基础。

吸波涂料用于腔体的RCS减缩的计算方法研究

进气道等腔体结构是飞行器的强散射源之一,在腔体内表面涂覆吸波涂料可以有效地减缩其雷达散射截面(RCS),应用等效表面阻抗边界结合迭代物理光学法能够高效、快速计算涂覆有损耗材料腔体的散射特性,进而对吸波涂料的电磁参数和涂覆部位进行比较优化。计算结果表明计算方法是正确有效的。

外调节片对轴对称喷管电磁散射特性影响研究

为研究外调节片与出口面积可调喷管外壁面无法完全闭合时形成的腔体结构对喷管后向电磁散射特性的影响,针对某型轴对称出口面积可调喷管简化模型,在三种电磁波探测频率下,采用迭代物理光学法分别对带外调节片和不带外调节片喷管的雷达散射截面积(Radar cross section,RCS)进行了数值模拟分析,得到外调节片腔体对喷管电磁散射特性的影响规律。研究结果表明,外腔体使得喷管0°探测角处的雷达散射截面积明显增大;中心锥端面和气流进口平面是喷管内腔体的强电磁散射源,外腔体未出现强散射源;外腔体对喷管雷达散射截面积的影响与探测频率没有明显相关性。

不同宽高比的二元喷管电磁散射特性数值研究

为研究宽高比对二元喷管雷达散射截面(RCS)的影响,结合迭代物理光学法和等效边缘电磁流法开发了腔体电磁散射特性计算程序,用来分析二元喷管的雷达散射特性;并采用OpenMP和MPI两种并行技术提高计算效率。对比分析了不同宽高比(AR)的二元喷管在水平极化及垂直极化方式下的电磁散射特性,并给出了二元喷管在不同探测角下总散射场与边缘绕射场的RCS曲线。研究结果表明,在两种极化方式下,宽高比对边缘绕射场的RCS值影响不大而对总散射场影响较大;宽高比为2.0的模型在两种极化方式下,都具有较低的RCS值,相比宽高比为1.5的模型在水平极化方式和垂直极化方式下分别减少4.98%和6.72%。