横向沙丘表面与上方矩形截面柱复合电磁散射的FDTD研究

分别使用指数型分布和高斯型分布表示沙漠表面的高度起伏状况,采用蒙特卡罗方法模拟横向沙丘表面和沙丘与沙丘间平坦沙漠表面,运用Herkelrath提出的土壤湿度与介电常数的通用式计算沙土的介电常数,选用FDTD数值计算方法分析高度起伏均方根、入射角度、目标长度、目标宽度、目标高度、横向沙丘的高度和横向沙丘迎风坡坡底到坡顶的水平距离的变化对散射系数的影响,得到横向沙丘表面与上方目标的复合电磁散射特性。分析了粗糙面为指数型分布和高斯型分布时散射系数的角分布曲线的不同之处。

介质粗糙面与组合目标宽带电磁散射特性研究

文中对介质粗糙面和组合目标的宽带复合电磁散射特性进行研究,通过数值计算得到了复合散射系数频率响应曲线。分析结果显示,后向复合散射系数在宽频带范围内随着频率的变化而产生振荡,粗糙面的高度均方根、介电常数、组合目标尺度、目标介电常数等因素对复合散射系数有显著的影响,且影响规律较为复杂。相比之下,粗糙面的相关长度对复合散射系数的影响较为微弱。当目标是理想导体时,频率响应曲线近似呈现出准周期性的振荡形态。

土壤表面与运动目标复合电磁散射的矩量法研究

为了满足土壤表面上方雷达目标检测、识别和分类等的需要,采用空间域合成法生成高度起伏遵守Alpha-stable分布的土壤表面,选用Topp模型模拟土壤的介电常数,运用矩量法研究了锥形波入射条件下土壤与其上方运动的三角形截面柱的复合电磁散射问题,通过数值计算得到了复合散射系数随散射角的变化曲线,分析了等边三角形和不规则三角形截面柱在土壤表面上方横向平移、纵向平移、转动以及电磁波入射角对复合散射系数的影响。数值计算结果表明:复合散射系数随散射角振荡地变化,等边三角形截面柱的纵向平移和转动对复合散射系数有较大的影响,而横向平移对复合散射系数的影响很小;不规则三角形截面柱的横向平移和纵向平移对复合散射系数产生的影响很小,转动对复合散射系数的影响较大。有关结果可为民用、军用领域工程问题提供理论依据和实践方法。

空中目标动态电磁散射数据仿真系统设计与实现

电磁散射数据是目标识别研究的基础,但由于试验测量成本高、可重复性差等问题,空中目标电磁散射实测数据十分有限。基于去遮挡的N点模型和电磁计算数据插值研究了空中目标动态电磁散射数据仿真方法,设计了空中目标动态电磁数据仿真系统,该系统将电磁散射仿真与实际飞行场景相结合,支持场景自定义和空中目标三维模型库扩展。分析了飞机和巡航导弹2类目标仿真数据及成像结果,结果验证了仿真方法正确性和系统有效性,可为研究实际场景下的空中目标识别提供支撑。

基于电磁散射模型的海上舰船双基SAR图像仿真

合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)在地海环境遥感和目标探测识别中发挥着重要作用。相对于单基SAR,双基SAR能够通过调整发射机和接收机的角度对场景进行多方位观测,因此开展海上舰船目标双基SAR图像仿真可为非合作目标的特征研究和探测识别提供方法和手段,在目标探测识别方面有着重要意义。为此,本文利用基于面元化的简化小斜率近似(facet-based simplified small slope approximation,FBS-SSA)方法与几何光学/物理光学(geometrical optics/physical optics,GO/PO)混合方法,提出了一种基于电磁散射模型的海上舰船目标复合场景双基SAR图像仿真方法,实现了不同双基角下的海上舰船SAR图像仿真,并分析了雷达飞行方向与舰船角度、发射机和接收机相对位置、极化、海况对雷达图像的影响。结果表明,双基角、极化、舰船朝向都会对双基SAR图像产生较大的影响,因此可以通过获取不同双基角度下的复合场景SAR图像特征从而可以更好地开展舰船识别。此外,SAR图像中的阴影特征也可作为舰船识别的辅助手段。

基于修正电磁散射系数的距离频域脉冲相干法SAR回波仿真

针对传统合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)回波仿真方法无法同时满足仿真精度高、速度快的缺点,设计了一种利用距离历程修正电磁散射系数的距离频域脉冲相干法(Range Frequency Domain Pulse Coherence,RFPC)目标回波仿真方案。该方案在离散方位采样点处采用物理光学法计算关于目标电磁散射特性的二维电磁散射系数,利用天线相位中心与目标间的距离历程修正电磁散射系数的相位,根据脉冲信号3 dB波束宽度修正电磁散射系数的幅度,利用RFPC在距离频域进行目标电磁散射系数与SAR发射信号的乘积处理,获取目标的二维回波信号,采用RD成像算法进行成像处理得到目标的SAR仿真图像。利用该方案分别对金属球和舰船模型进行了回波仿真试验,并与RaySAR的仿真结果进行对比,验证了该方案的精确性与高效性。

典型结构缺陷的局部电磁散射特性测试流程研究

根据相关信息统计,飞机的典型损伤类型有缝隙、台阶、吸波材料脱落等,这些损伤都会对飞机的电磁散射特性产生较大的影响。为厘清并验证飞机发生典型损伤后的局部电磁散射特性检测与评估流程,本文通过模拟飞机的结构缝隙缺陷,采用专用电磁散射评估系统对缝隙缺陷进行快速测试、评估性能,并优化测试流程以得到高置信度的评估结果。通过研究能够获得科学有效的结构缺陷对飞机局部电磁散射性能的测试与评估流程,为飞机设计和优化提供一定的指导。

基于逆向建模技术的舰船电磁散射特性研究

军用舰船的低散射设计作为从根源上应对雷达探测的手段,其设计原理及各频段电磁散射特性值得研究。本文通过逆向建模手段建立可用于电磁仿真的非合作舰船CAD模型,并利用针对超电大目标的高频渐近算法对模型进行仿真分析,获取了该型舰船较高置信度的电磁散射信息。仿真结果表明,该舰船在雷达隐身设计的加持下,各波段在主要威胁角域下的RCS算术均值小于11 dB,低散射性能优异。基于本文的仿真研究,一是能够对外军舰船隐身设计水平进行初步了解,二是可通过逆向建模探索低散射舰船的设计难点,为我国隐身舰船设计及电磁仿真提供可行思路,具有实用价值和军事意义。

目标近场电磁散射中心建模与特征参数反演

为了通过较少散射场数据实现雷达目标特性建模和参数反演,提出了一种基于时频图多普勒特征的散射中心建模和特征参数反演方法,采用单频点下的一维角度近场扫描数据实现对目标二维散射中心的提取。通过平滑伪Wigner-Ville分布(smooth and pseudo Wigner-Ville distribution,SPWVD)分析方法生成高分辨率时频图,根据不同类型散射中心的多普勒特征,通过Radon逆变换(inverse Radon transform,IRT)提取散射中心模型的位置和幅度参数,并将提取的散射中心位置参数与几何模型参数、散射中心模型重构雷达散射截面积(RCS)与仿真的RCS进行了性能对比。结果表明:该方法只需要单频点的一维角度扫描数据,即可有效提取目标散射中心位置和幅度等特征参数,且重构RCS的均方根误差小于3 dBsm。

复杂动态海面与目标电磁散射及回波仿真研究现状与展望

海洋表面是一种高度不规则和时空不重复的复杂动态体系。海杂波是雷达电磁信号照射到海面产生的大量散射体回波的叠加,受风力、洋流、海浪等的影响呈现非均匀性和非平稳性。海杂波信号对海上目标的探测具有一定的干扰作用,尤其是高海情条件下,海浪起伏更加剧烈,目标信号极易淹没在强海杂波信号中,严重限制着雷达对海上目标的检测能力。海杂波及目标电磁散射特性研究是提升复杂海洋环境下目标检测能力的基础,以电磁波与实际复杂动态海面及目标电磁散射机理为基础,形成实际海洋环境下目标回波数据,对海杂波及目标雷达回波特征分析,实测数据集的补充,均存在重大意义。为了让更多相关研究者获得基于物理机理的复杂海环境与目标回波仿真方法近些年的发展和未来趋势,该文总结了回波仿真的3类方法,并针对海面与目标仿真场景特点,分析了3类方法的优劣和适应性,给出了部分仿真结果;还介绍了一些基于实测的回波数据集,可方便学者对回波特性进行分析;最后对复杂海面与目标回波仿真方法和特性研究的发展趋势进行了展望。

座舱隐身对常规战斗机电磁散射特性的影响

座舱是常规战斗机前向的重要散射源,为研究其散射特性,提出座舱隐身措施的电磁散射影响分析方法。基于某型常规战斗机,建立常规、隐身座舱的战斗机电磁模型,采用物理光学法计算多种状态的雷达散射截面(radar cross section,RCS),分析RCS曲线分布特点、电磁散射的俯仰角和频率响应特性。结果表明:座舱隐身措施明显降低了前向腔体散射,使散射曲线前向波峰消失而向内收敛;俯仰角在一定范围内时,采用隐身座舱后,RCS前向均值约为-20 dBsm(入射频率6 GHz),相对减缩值随俯仰角呈“W”形分布,俯仰角为0°时达到最大值19.788 7 dB;频率增加时,前向RCS均值逐渐降低,而相对减缩值震荡变化,最大可达24.667 4 dB;其余角域上,俯仰角和多频响应特性相对较弱;座舱隐身措施可同时改善常规战斗机前向角域上的不同俯仰角、多频隐身性能。

冬小麦覆被农田地表多层非均质混合电磁散射模型研究

冬小麦种植区域分布广泛,为监测与评估其生长信息和生长环境,本文通过引入三相混合介质模型表征植被层,引入高斯随机粗糙面表征农田粗糙地表,构建了一种冬小麦覆被农田地表的多层非均质混合电磁散射模型。首先分别对比本文提出的多层非均质混合模型与水云模型、Oh模型在冬小麦拔节期及孕穗期的后向散射系数预测结果,对本模型的有效性进行分析和验证;随后,通过分析该模型等效介电常数,并求解其电磁散射及辐射传输方程,获取植被生长信息、植被含水率及土壤粗糙度等因素对覆被农田地表等效介电常数和雷达后向散射系数的影响规律。结果表明,本文提出的多层非均质混合模型与水云模型及Oh模型预测结果有较好的一致性,同时与双弥散模型获得的小麦层等效介电常数R2分别为0.9817、0.9922、0.9863、0.9711,同样具有较好的一致性;此外,本文提出的模型对拔节期、孕穗期小麦含水率的预测结果与实际测量值的均方根误差分别为0.88%、4.65%,该模型能够较好地模拟覆被农田地表电磁散射特征,为后续无人机微波反演冬小麦生长及土壤水分信息提供坚实理论基础。

异型多面体角反射器的电磁散射特性分析及应用

为满足各向异性雷达散射截面积(radar cross section,RCS)角反射器的目标需求,本文设计了一种异型多面体雷达角反射器,并对其电磁散射特性进行了分析.该结构在不同电磁波入射方向下具有不同的电磁散射特性,在不同威胁探测方向上具有不同的干扰效果,其最大RCS能够达到281.84 m~2.异型多面体角反射器可以应用于多种场景下,将其配置在被保护重点目标区域附近,以特定的排列方式进行布设,当保护目标受到威胁时将会在被保护目标周围产生多个假目标,干扰敌方雷达制导武器.

有限深度海域海面电磁散射的FDTD方法研究

雷达能够探测、遥感有限深度海域的海面及附近目标,针对这一需求,采用改进的文氏海谱和Monte Carlo方法模拟有限深度海域海面,选取Debye模型计算海水介电常数,运用时域有限差分法研究了有限深度海域海面电磁散射,仿真了散射系数的角分布曲线。仿真结果表明:散射系数随散射角振荡变化,在镜反射方向处产生散射增强效应;海水深度虽然对散射系数影响较小,但是仍有规律可循,海水深度越大,散射系数越小;海面风速、入射角、风区范围对散射系数影响较大,风速越大,散射系数越小;入射角越大,散射系数越小;风区范围越大,散射系数越小。

目标电磁散射特性研究的若干热点和难点问题

尽管国内外在目标电磁散射特性研究领域取得了很大进展,但是从技术本身来说该专业领域仍然存在一些难点问题.同时,复杂环境下低散射目标的探测与识别等应用,以及太赫兹等新体制雷达的研发对目标电磁散射特性研究提出了新的需求、引入了新的问题.围绕这些应用需求和技术难点,本文从理论建模、散射测量和特征提取三个方面,归纳总结了目标电磁散射特性研究存在的若干热点和难点问题,期望为从事该方面研究的科研人员提供方向性的引导.

卫星目标电磁散射的高效区域分解边界积分法

近年来,严峻的空天安全问题致使卫星的电磁散射特性分析与控制倍受关注.典型卫星主要由主体、太阳翼和多用途天线等部件组成,呈现多尺度的几何特性,给电磁建模技术带来了挑战.面向卫星的电磁散射特性分析,本文采用不连续伽辽金区域分解积分方程(discontinuous Galerkin domain decomposition method of integral equation,DG-DDM-IE)方法构建准确且灵活的计算模型,并基于以往对角区域块(diagonal domain block,DDB)预条件和稀疏近似逆(sparse approximate inverse,SAI)预条件的数值性能研究结果,针对多尺度情况提出一种经济高效的混合型预条件以提高DG-DDM-IE方法的计算能力.复杂多尺度卫星目标数值实验证明,该DG-DDM-IE方法在消耗较少内存的条件下仍保证良好的收敛性和可扩展性.

一种角度与极化稳定的可调控电磁散射结构的设计与验证

通过调控成像雷达散射波的幅度、相位达到隐身伪装目的,是电子对抗领域发展的新方向.本文提出一种S波段角度与极化稳定的可调控电磁散射结构(electromagnetic scattering structure,ESS),该结构正面为加载变容二极管的金属网栅及方形金属贴片,背面为过孔连接的馈电网栅.利用二极管电容加载、等效电感加强、背面馈电电感等设计,实现了ESS的宽带小型化,其单元尺寸为λ0/10.通过改变外置调控电压,可实现1.98~3.91 GHz的连续调控,相对调控范围为69.5%.其中,在2.27~3.83 GHz反射波幅度调控深度大于15 dB,相位变化最大为269°.此外,整体性能在±60°入射、TE/TM极化下保持稳定,在雷达成像干扰领域具有良好应用前景.

草原环境地表电磁散射的矩量法研究

为了满足草原及其附近目标雷达探测和遥感的需要,选用高斯型分布表示草和土壤表面的高度起伏情况,选取Topp模型表示土壤层介电常数,采用双弥散模型表示草的介电常数,运用矩量法研究了草原环境地表的电磁散射特性,得到了散射系数的角分布曲线,讨论了入射角、入射波频率、草含水量、土壤湿度、土壤层和草层表面相关长度及均方根高度、草层厚度对散射系数的影响。结果表明,散射系数随散射角振荡地变化,在镜反射方向处有明显的散射增强效应;入射角和入射波频率对散射系数的影响较大,草含水量、土壤层和草层表面起伏相关长度和均方根高度对散射系数影响较小且较为复杂,土壤湿度、草层厚度对散射系数几乎没有影响。

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。

矩量法研究分层粗糙面与运动圆形截面柱的复合电磁散射

为满足地、海表面上方雷达目标检测、识别和分类等的需要,采用蒙特卡罗方法生成高度起伏遵守指数分布的分层土壤表面;选用Topp模型模拟土壤介电常数。运用矩量法研究了锥形波入射条件下分层土壤表面与其上方运动的圆形截面柱的复合电磁散射问题,数值计算了复合散射系数随散射角的变化关系,分析了圆形截面柱在土壤表面上方横向移动、纵向移动、斜向移动及电磁波入射角和粗糙面间距对复合散射系数的影响。研究结果表明,目标在纵向移动和斜向移动时,散射系数会受到较大的影响,而横向移动的对散射系数的影响较小,同时两层粗糙面的间距对复合散射系数的影响也比较显著。相关结果可为相关领域工程问题提供理论依据和实践方法。