非均匀各向异性阻抗目标电磁散射建模方法研究

来源 :武汉大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:holy1987
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理想导电目标表面涂覆各向异性介质情形下的电磁散射问题,近年来在电波传播、目标特性、雷达探测、电磁兼容、微波遥感、电子对抗、天线辐射等领域有着广泛的应用,具有重要的工程应用前景。目标表面涂敷的各向异性介质不光可以吸收雷达的入射波,还能通过改变介质光轴的方向控制散射场的空间分布,将散射能量集中到雷达的非探测方向,从而实现目标的隐身设计。各向异性阻抗作为一种广泛采用的等效模型,将导电目标表面涂敷的薄介质等效为无厚度的阻抗表面,各向异性介质采用表面阻抗并矢来表征。并通过阻抗边界条件(IBC)在目标表面建立切向电场和切向磁场之间的关系。由于目标表面阻抗与入射波的入射方向以及极化都是有关系的,对于复杂目标的目标表面的不同局部,其表面阻抗也是不一致的,这就导致了各向异性阻抗目标表面阻抗具有不均匀性。且在实际工程应用中目标表面涂覆的各向异性介质材料不可能是完全均匀的,由此得到的阻抗等效模型其表面阻抗也应是非均匀的,如由沙石、土壤、植被等组成的地面是非均匀的,只能等效为非均匀各向异性阻抗。为此,基于实际工程应用的需要,研究非均匀各项异性阻抗目标的电磁散射特性是非常必要的。本文基于阻抗边界条件,研究了非均匀各向异性阻抗目标电磁散射建模方法。目标表面非均匀各向异性阻抗采用为以空间位置为函数的阻抗并矢来表征,并基于阻抗边界条件对目标外表面的切向电场和切向磁场进行约束,只考虑目标外部散射场而忽略内部的场分布,将求解未知量仅限定在目标的外表面,通过表面电磁场积分方程实现目标电磁散射特性建模。针对二维导电目标表面涂覆各向异性阻抗的电磁散射问题,导出了低频矩量法(MM)的原理和实现过程,针对三维导电目标表面涂覆非均匀各向异性阻抗的电磁散射问题,导出了MM和矩量法(MM)-物理光学(P0)混合算法的原理和实现过程。此外,针对劈形结构的散射问题这一典型问题,研究了表面阻抗周期性分布的各向异性阻抗劈电磁散射的MM-PO算法原理和实现过程。本文内容主要包括:1)研究了二维导电目标表面涂覆非均匀各向异性阻抗的电磁散射问题。推导了二维非均匀各向异性阻抗目标与粗糙面复合散射的MM算法,采用表面电流分解结合射线理论预估,分析了PEC粗糙面上方圆柱和简化舰船的高分辨率一维距离像特性及其耦合成像机理,并定性分析了非均匀各向异性阻抗的引入对距离像的影响。2)研究了三维导电目标表面涂覆非均匀各向异性阻抗的电磁散射问题。基于阻抗边界条件,推导了非均匀各向异性阻抗目标的MM算法。针对MM在电大尺寸目标电磁散射问题求解中效率低的问题,根据散射体上曲率变化,将边缘、顶角等曲率不连续的区域归为MM区,而PO区则包括其他曲率连续的区域,减小需要精确求解的面片个数,并进一步引入UV矩阵分解技术得到该问题的MM-PO/UV快速算法。3)研究了劈面阻抗周期性分布的各向异性阻抗劈的电磁散射问题。基于UV矩阵分解技术,采用UTD修正的MM-PO算法研究了均匀各向异性阻抗劈的电磁散射特性。基于阻抗边界条件,提出了三维MM-PO混合算法来求解平面波照射下周期各向异性阻抗劈的电磁散射特性。由于阻抗面的周期性,无穷大劈面上的表面电流可用中心周期单元的电流表示,从而避免计算过程中由于截断而产生的虚假边缘的作用。周期各向异性阻抗劈的劈面划分为MM区和PO区,MM区阻抗矩阵元素的计算通过推导的一系列通用级数来近似计算,并采用绕射电流来修正PO电流得到PO区总电流。
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