【摘要】：半空間及上方目標(biāo)復(fù)合散射特性的研究在微波遙感、雷達(dá)成像、隱身與反隱身、目標(biāo)探測與識別等方面具有十分重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。在天基雷達(dá)觀測的情形,由于目標(biāo)和背景的相互作用,其復(fù)合散射特性與目標(biāo)單獨(dú)存在時(shí)差別很大。本文系統(tǒng)地研究了天基雷達(dá)觀測情形層狀半空間及其上方目標(biāo)復(fù)合電磁散射計(jì)算的快速算法。本文在層狀半空間上方目標(biāo)散射計(jì)算的入射波引入、背景對反射波極化特性的影響、觀察點(diǎn)遠(yuǎn)離界面時(shí)半空間上方任意取向電磁偶極子遠(yuǎn)場輻射特性的快速計(jì)算等方面都做出了創(chuàng)新性的工作。論文主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下:1.層狀半空間上方任意取向電、磁偶極子遠(yuǎn)區(qū)輻射場的快速計(jì)算。針對層狀半空間情形格林函數(shù)包含復(fù)雜的Sommerfeld積分,計(jì)算困難的問題,本文利用互易定理得到觀察點(diǎn)遠(yuǎn)離界面時(shí)(天基雷達(dá)觀測情形)層狀半空間上方任意取向電、磁偶極子頻域輻射場的解析表達(dá)式。進(jìn)一步,給出了各向異性層狀半空間上方任意取向電、磁偶極子頻域輻射場的解析表達(dá)式。為半空間上方目標(biāo)電磁特性的快速計(jì)算打下了良好的基礎(chǔ)。2.線性極化波入射到半空間時(shí)反射波極化特性分析。以往分析計(jì)算中,層狀半空間反射波的極化特性相比于入射波極化特性的變化常常被忽略。本文系統(tǒng)研究了線性極化波入射到介質(zhì)界面時(shí)反射波極化狀態(tài)的變化情況。分析了入射波極化角、半空間介質(zhì)參數(shù)等對反射波極化狀態(tài)的影響。給出在不同入射條件下,反射波極化狀態(tài)點(diǎn)在Poincare球上的分布情況并對其進(jìn)行詳細(xì)分析。這一部分工作為采用半解析的方法計(jì)算半空間上方目標(biāo)電磁散射時(shí)入射波的加入提供了保障。3.層狀半空間及其上方目標(biāo)電磁特性計(jì)算的半解析方法。本文采用半解析方法計(jì)算層狀半空間及其上方目標(biāo)的電磁散射問題,提出了一種僅包含目標(biāo)本身的半空間上方目標(biāo)電磁特性研究方法。層狀半空間的影響通過雙向入射波(直達(dá)波和界面反射波)的引入而實(shí)現(xiàn)�？紤]到反射波相比入射波極化狀態(tài)、電場幅值、相位上的差別,通過等效原理,將界面反射波引入到計(jì)算區(qū)域中。在瞬態(tài)場計(jì)算中,結(jié)合傅里葉變換將入射波、反射波時(shí)域波形引入到FDTD(Finite Difference Time Domain,時(shí)域有限差分方法)計(jì)算區(qū)域中。4.高功率微波照射下半空間上方目標(biāo)耦合特性研究。利用上述方法分析了考慮半空間情形下高功率微波入射到目標(biāo)時(shí),目標(biāo)內(nèi)部的近場特征,同時(shí)分析并討論了當(dāng)改變?nèi)肷錀l件時(shí),目標(biāo)內(nèi)部能量耦合變化情況。
[Abstract]:The study of composite scattering characteristics of half-space and upper targets has important theoretical significance and practical application value in microwave remote sensing radar imaging stealth and anti-stealth target detection and recognition. In the case of space-based radar observation, due to the interaction between the target and the background, the complex scattering characteristics of the target are very different from that of the target when it exists alone. In this paper, a fast algorithm for the calculation of composite electromagnetic scattering from layered half-space and above targets observed by space-based radar is studied systematically. In this paper, the influence of the background on the polarization characteristics of the reflected wave is introduced into the incident wave of the target scattering calculation over the layered half-space. When the observation point is far from the interface, the fast calculation of far-field radiation characteristics of arbitrarily oriented electromagnetic dipole over the half-space has been done. The main work and innovation of this paper are as follows: 1. Fast calculation of the radiation field in the far region of the electric and magnetic dipole with arbitrary orientation over the layered half-space. In view of the problem that the Green's function contains complex Sommerfeld integrals and is difficult to calculate in layered half-space, in this paper, when the observation point is far from the interface (in the case of space-based radar observation), the arbitrary electric orientation above the layered half-space is obtained by using reciprocity theorem. Analytical expression of radiation field in frequency domain of magnetic dipole. Furthermore, an analytical expression of the radiation field in frequency domain of an anisotropic layered half-space with arbitrary orientation is given. It lays a good foundation for the fast calculation of the electromagnetic characteristics of the target over half space. Analysis of polarization characteristics of reflected waves when linear polarized waves are incident into half space. In the previous analysis and calculation, the polarization characteristics of layered half-space reflected waves are often neglected compared with the polarization characteristics of incident waves. In this paper, the change of the polarization state of the reflected wave when the linear polarized wave is incident to the dielectric interface is systematically studied. The effects of the polarization angle of incident wave and the parameters of half-space medium on the polarization state of reflected wave are analyzed. The distribution of polarization state of reflected wave on Poincare sphere under different incident conditions is given and analyzed in detail. This part of the work provides a guarantee for the addition of incident wave in the calculation of electromagnetic scattering from a target over half space by using the semi-analytical method. A semi-analytical method for the calculation of electromagnetic properties of layered half-space and its upper target. In this paper, the semi-analytical method is used to calculate the electromagnetic scattering problem of layered half-space and its upper target, and a method to study the electromagnetic characteristics of the target above the half-space containing only the target itself is proposed. The effect of layered half-space is realized by the introduction of bi-directional incident wave (direct wave and interfacial reflection wave). Considering the difference in polarization state, electric field amplitude and phase between the reflected wave and the incident wave, the interfacial reflection wave is introduced into the calculation region by the principle of equivalence. In the transient field calculation, the incident wave and the reflected wave are introduced into the FDTD (Finite Difference Time Domain, finite-difference time-domain method with Fourier transform. Study on the coupling characteristics of target over half space under high power microwave irradiation. Using the above method, the near-field characteristics of the target when the high-power microwave is incident into the target under the condition of half-space are analyzed and discussed. When the incident condition is changed, the change of the energy coupling inside the target is analyzed and discussed.
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN011

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本文編號：2199396