大地土壤表面与浅埋多目标宽带复合电磁散射研究

为了满足浅埋于粗糙面下方多目标测量和检测的需要,采用土水混合物介电常数的Topp方程模型表示大地土壤的介电特性,应用指数型分布粗糙面和Monte Carlo方法模拟大地土壤表面,运用时域有限差分方法研究大地土壤表面与浅埋多目标的宽带复合电磁散射,得出了复合散射系数的频率响应曲线.结果表明,复合散射系数随频率振荡地变化;随土壤表面均方根、土壤含水率、目标截面高度和间距的增大而增大,随目标截面宽度的增大而减小;随电磁波入射角的变化较大且较为复杂;随土壤表面相关长度、目标埋藏深度、目标介电参数的变化较小但较为复杂.与其他数值计算方法相比较,采用时域有限差分方法既可获得较高的准确性,同时又可减少计算时间和内存占用量,而且可以计算地、海粗糙面与附近任意多目标的宽带复合散射.

带限Weierstrass-Mandelbrot分形土壤表面与置于其上组合目标复合电磁散射特性仿真及分析

为了满足置于粗糙面之上组合目标雷达回波特性的数据采集、特征提取的需要,采用Topp模型和电介质复介电常数计算公式模拟土壤介电常数的实部和虚部,应用带限Weierstrass-Mandelbrot分形函数模拟土壤表面,运用时域有限差分方法研究了带限Weierstrass-Mandelbrot分形土壤表面与置于其上组合目标的复合散射,并仿真了复合散射系数的角分布曲线.仿真结果表明,复合散射系数随散射角振荡地变化,在镜反射方向处产生散射增强效应;土壤表面高度起伏均方根越大,复合散射系数越大;分维越大,复合散射系数越大;湿度对复合散射系数影响虽小,但有固定的规律可循;组合目标尺度、介电常数、入射角对复合散射系数影响没有固定的规律可循;标度区间、空间基频对复合散射系数基本上没有影响.

雪层覆盖土壤表面与半埋柱体宽带复合散射FDTD方法

为满足半埋目标测量和检测的需要,应用指数型分布粗糙面模型和Monte Carlo方法模拟雪层、土壤表面,运用时域有限差分方法研究雪层覆盖的土壤表面与半埋矩形截面柱复合模型的宽带电磁散射,得出宽带复合散射系数的频率响应曲线,计算宽带复合散射系数随雪层表面、土壤表面高度起伏均方根、相关长度,雪层类型、雪层厚度,土壤层含水量,矩形截面柱几何参数、倾角、埋藏深度,电磁波入射角等参数的变化.结果表明,雪层表面高度起伏均方根、相关长度对宽带复合散射系数影响较小,其它参数对宽带复合散射系数均有显著影响且较为复杂.

分形大地土壤表面与部分埋藏目标复合散射特性

采用土水混合物介电常数的Topp方程模型表示大地土壤的介电特性,应用带限WeierstrassMandelbrot分形粗糙面模型和Monte Carlo方法模拟大地土壤表面,运用矩量法研究了带限分形大地土壤表面与部分埋藏矩形截面柱复合模型的电磁散射,得出了复合散射系数的角分布曲线;计算了复合散射系数随带限分形大地土壤表面分维、空间基频、高度起伏均方根、土壤含水率、矩形截面柱几何参数、埋藏深度、倾角、入射波频率等的变化情况,并做了详细分析与讨论;结果表明,土壤表面分维等参数对复合散射系数的影响是非常复杂的,镜像附近的角分布曲线具有明显的分形特征。

电大目标电磁散射的TD-PO分析

由逆傅立叶变换导出时域物理光学(TD-PO)表达式,给出了TD-PO方法计算时内存估计的具体形式、时间离散的采样原则及入射波消隐的判断方法。计算了金属球、板、锥球的瞬态散射和RCS,计算结果与其他方法结果吻合很好。数值结果表明TD-PO方法计算速度快、所需内存少,是分析电大目标宽频带特性的高效方法。

一维带限Weierstrass分形分层地面与矩形截面导体柱复合电磁散射FDTD研究

运用时域有限差分方法研究一维带限分形分层粗糙地面与矩形截面导体柱的复合电磁散射,计算复合电磁散射的双站散射系数,得到复合散射系数随散射角的变化,讨论粗糙面高度起伏均方根、分维、中间层介质、下层介质及矩形截面导体柱的参数等对复合散射系数的影响.

分形海面及其上方目标电磁散射的混合算法

采用一维带限Weierstrass分形粗糙海面模拟实际的粗糙海面,运用基于矩量法(method of mo-ment,MOM)结合基尔霍夫近似(Kirchhoff approximation,KA)的混合算法,研究了分形海面与上方需考虑旋转的复杂矩形截面导体柱的复合电磁散射。将不同入射角情形下的混合算法计算结果与传统的MOM结果进行了比对,结果表明该混合算法具有较高的准确性和计算效率。最后,讨论了复合散射系数与粗糙海面参数、目标参数以及入射波参数之间的依赖关系,得到了较完整的复合电磁散射特征。

复合材料雷体的UWB-EMP耦合效应研究

针对高功率微波(High power microwave,HPM)扫雷装置对现代地雷构成的严重威胁,为提高地雷抗电磁毁伤能力,将不锈钢纤维(Stainless steel fibers,SSF)作为聚酰胺树脂的导电填料,研究新型复合屏蔽材料地雷壳体。针对雷体结构和布设状态,采用时域有限差分(Finite difference time domain,FDTD)数值方法,分析该壳体的超宽带电磁脉冲(Ultra-wide band electromagnetic pulse,UWB-EMP)孔缝耦合规律。加工复合材料地雷壳体样品,内置电子引信并连接电引火头,在微波暗室进行峰值功率1 GW的UWB-EMP辐照下的效应实验,壳体放置天线前的距离大于0.5 m时,内部电子引信能正常工作。结果表明:该壳体能有效提高电子引信地雷抗强电磁毁伤等复杂战场电磁环境下的生存能力。

飞机基本构件电磁散射的FD-TD方法

采用电磁工作者广为关注的FD-TD方法,对飞机的基本构成部件(方柱、圆柱、平板)的电磁散射问题,进行了研究。采用矩形网格及合适的吸收边界与连接边界,导出了基本部件某一封闭面上散射场的FD-TD计算公式;采用频域Love等效原理,实现了近场-远场变换,大大减少了计算量,所得散射截面(RCS)与实测或其它方法计算结果相比,吻合较好。本方法与高频近似方法———GTD相比,避免了多径绕射及高次绕射的射线寻迹困难,与频域方法相比,它可解决超宽带电磁散射预测问题。

超宽带雷达引信电磁散射特性

分析了超宽带雷达引信在动态作用下的目标散射特性。应用瞬态电磁散射理论和电磁波叠加原理,根据多点散射模型,引入雷达引信动态作用下的传递函数,分析了超宽带雷达引信在动态作用下的目标散射特性,建立了目标冲击响应函数,仿真分析了目标电磁波的辐射方向与脉冲宽度关系,得出高斯窄脉冲经一维超宽带阵列辐射后形成的合成脉冲波如何才能选择合适的阵列参数的结论。研究结论对于设计超宽带雷达引信具有重要的应用价值。

基于电磁模型的宽带雷达海杂波信号建模与分析

该文针对时变海洋面雷达回波信号模拟问题,建立了一种包含电磁散射机理与雷达波形调制特征的海杂波雷达回波信号模型。该模型首先建立一组具有时变特征的海面几何样本,通过对改进双尺度面元模型的加速处理,实现各时刻海面散射数据的高效模拟,并通过与测试数据的对比证实了电磁计算方法的准确性,然后采用子脉冲形式建立宽带回波信号模型,并以各面元散射数据代替其复幅度从而完成雷达回波信号建模。通过仿真验证了模型的合理性与高效性,对海杂波数据的统计分析展示了脉冲压缩处理对杂波的抑制效果。该海杂波模型既考虑了海洋的复杂散射机理与运动特性,又具有一般宽带信号的形式,因此可同时为海洋散射现象的解释和信号处理算法的分析提供完备数据源。

分形地面与埋藏目标宽带电磁散射FDTD研究

采用一维带限Weierstrass分形函数模拟实际的粗糙地面,运用时域有限差分法研究了脉冲波入射时分形地面与下方埋藏目标复合模型的宽带电磁散射问题,得出了后向复合散射系数的频率响应曲线.数值计算了后向复合散射系数随分形地面分维数、高度起伏均方根、土壤湿度、目标尺寸、目标倾角、目标埋藏深度等的变化情况,并做了详细分析与讨论,得到了一维带限Weierstrass分形地面与下方埋藏目标复合模型的宽带电磁散射特性.

基于目标电磁散射模型的雷达回波模拟方法研究

提出了一种基于目标电磁散射模型的雷达回波模拟方法,采用电磁场高频近似方法离线仿真雷达目标的宽频宽角后向雷达散射截面,雷达回波模拟时实时调用目标散射模型数据;针对LFM信号,实现了宽带雷达目标回波信号的逼真模拟。以舰船目标为例,仿真算例给出了目标电磁散射特性仿真及宽带雷达回波模拟结果,采集模拟回波信号并进行雷达成像处理,得到舰船目标的二维雷达图像,仿真结果验证了该方法的可行性与有效性。

复合材料地雷壳体超宽带脉冲屏蔽效能计算与实验

采用不锈钢纤维作为聚酰胺的导电填料,通过注塑工艺制备复合材料地雷壳体。在壳体内部放置电子引信并连接电点火头,于微波暗室中进行峰值功率为1GW的超宽带电磁脉冲辐射下的毁伤效应实验。超宽带脉冲能量主要分布在10MHz～2GHz范围内,当壳体放置天线前的距离>0.5m时,内部的电子引信能正常工作;数值计算表明完整壳体的屏蔽效能>25dB,与实验结果相一致。当壳体存在单个直径<4.5mm圆孔时,实验结果与数值计算均表明其对屏蔽效能影响微小。复合材料壳体有助于提高电子引信地雷在战场高功率电磁环境下的生存能力。

粗糙地面与下方双同轴电缆宽带电磁散射研究

为避免将传统的频域方法直接用于复合模型瞬态场求解时面临计算量大的问题,运用时域有限差分(FDTD)方法计算了粗糙地面与下方同轴电缆复合电磁散射,其中,照射波选用平面微分高斯脉冲,粗糙土壤地面由Monte Carlo方法结合高斯功率谱密度来构建。通过FDTD近场迭代、近⁃远场外推、傅里叶变换、归一化散射截面计算得到了后向复合散射系数随入射波频率变化的曲线,分析了粗糙面几何统计参数、电缆参数、介质本构参数对散射系数的影响规律,获得了粗糙地面与下方同轴电缆较完整的宽带电磁散射特性,这些数值结果对粗糙背景下电缆的无损检测技术的发展具有重要意义。

指数型粗糙地面与上方矩形截面柱宽带电磁散射的时域有限差分法研究

采用土壤介电常数的四成分模型表示实际地面的介电特性,应用指数型分布粗糙面模型和Monte Carlo方法模拟实际的粗糙地面,运用时域有限差分方法研究了微分高斯脉冲波照射时粗糙地面与上方目标的宽带电磁散射问题,得出了后向复合散射系数的频率响应曲线,计算了后向复合散射系数随粗糙地面高度起伏均方根、相关长度、土壤湿度、目标尺寸、高度、倾角等几何参数及介电参数等的变化情况,并做了详细分析与讨论,得到了指数型粗糙地面与上方目标宽带电磁散射特性.