【摘要】：雷達(dá)目標(biāo)特性包括目標(biāo)及其與環(huán)境復(fù)合電磁散射特性。影響目標(biāo)電磁散射特性的因素主要有幾何外形、材質(zhì)以及表面形態(tài)等。本文基于高頻近似算法研究了具有粗糙表面涂覆目標(biāo)的太赫茲頻段電磁散射特性,探討了在實(shí)際喇叭天線照射下目標(biāo)的近場散射特性,即考慮天線遠(yuǎn)場方向圖修正的表面粗糙目標(biāo)太赫茲散射。使用矩量法與物理光學(xué)法(MoM-PO)混合算法研究了精確建模下分區(qū)域目標(biāo)與粗糙面復(fù)合散射問題。在此基礎(chǔ)上采用半確定性面元法(SDFSM)、彈跳射線法(SBR)結(jié)合考慮阻抗邊界條件的物理繞射理論(PTD)混合方法對復(fù)雜涂覆目標(biāo)與電大尺寸海面復(fù)合散射問題進(jìn)行了研究。論文的主要工作如下:1、軸向表面粗糙目標(biāo)的建模和太赫茲散射計算。一般物體表面在太赫茲頻段都呈現(xiàn)微小起伏,不能被視為光滑表面處理。區(qū)別于以往經(jīng)驗公式修正處理方案,借鑒隨機(jī)粗糙面建模的基本思想,建立表面具有一定粗糙度的旋轉(zhuǎn)對稱目標(biāo)模型。采用考慮阻抗邊界條件的物理光學(xué)法,研究了軸向具有分形粗糙表面的涂覆目標(biāo)太赫茲散射特性。首先,利用分形粗糙面理論建立表面粗糙鈍錐、圓錐和錐柱等具有旋轉(zhuǎn)對稱結(jié)構(gòu)的目標(biāo)模型;其次,根據(jù)入射波頻率對建立的表面粗糙目標(biāo)進(jìn)行滿足物理光學(xué)準(zhǔn)則的網(wǎng)格剖分;最后,由菲涅爾反射定律和邊界條件求得表面感應(yīng)電磁流,進(jìn)而計算涂覆粗糙目標(biāo)的雷達(dá)散射截面。本文還對比分析了表面粗糙目標(biāo)與光滑目標(biāo)的散射結(jié)果,詳細(xì)討論了不同涂覆介質(zhì)、不同涂層厚度、不同入射角度、不同入射頻率、以及不同粗糙度的表面粗糙鈍錐、圓錐目標(biāo)和錐柱目標(biāo)等模型太赫茲散射,進(jìn)一步分析了具有分形和高斯粗糙表面的錐柱目標(biāo)太赫茲頻段的散射特性差異。2、三維隨機(jī)粗糙表面目標(biāo)的建模和太赫茲散射計算。將粗糙面建模理論引入粗糙表面目標(biāo)建模。首先,依據(jù)目標(biāo)的形狀對水平粗糙面幾何數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)變換,建立具有高斯粗糙表面的簡單目標(biāo)模型。對于外形復(fù)雜目標(biāo)則先利用計算機(jī)輔助軟件(CAD)建立光滑目標(biāo)幾何輪廓,并對其進(jìn)行網(wǎng)格剖分,再將每一個剖分面元向三坐標(biāo)平面投影,并分別對投影面元粗糙化,在此基礎(chǔ)上使用疊加法得到表面粗糙目標(biāo)模型。最后,采用物理光學(xué)方法計算并分析其在不同入射角、不同粗糙度和不同頻率下的散射特性。3、考慮天線輻射特性的目標(biāo)近場散射研究。首先,介紹了遠(yuǎn)近場的劃分依據(jù);其次,借助FEKO軟件建立并獲取圓錐喇叭天線口徑場分布,利用面天線輻射理論,計算了基于口徑場的圓錐喇叭天線全空域內(nèi)任意一點(diǎn)的場,給出了圓錐喇叭天線照射下與天線口面距離不同、與天線主輻射方向夾角不同情況下目標(biāo)的散射場,并對比其與遠(yuǎn)場散射情況下的異同;最后,采用修正距離項的物理光學(xué)方法計算了考慮天線方向圖影響下表面粗糙涂覆目標(biāo)太赫茲頻段近場散射特性。4、復(fù)雜漂浮目標(biāo)與粗糙面的復(fù)合散射研究。首先,基于粗糙面點(diǎn)云數(shù)據(jù)建立隨機(jī)粗糙曲面,借助CAD軟件將其與目標(biāo)模型進(jìn)行布爾運(yùn)算去除重疊部分得到漂浮目標(biāo)與粗糙面統(tǒng)一復(fù)合模型;其次,采用分區(qū)域方案將目標(biāo)和與之相鄰的粗糙面部分劃分為區(qū)域一,其余部分劃分為區(qū)域二。區(qū)域一中目標(biāo)與粗糙面的相互耦合作用較強(qiáng),在該區(qū)域采用MoM求解;對于目標(biāo)與粗糙面耦合較弱的區(qū)域二采用PO方法進(jìn)行散射計算,形成高低頻混合的MoM-PO方法研究復(fù)雜漂浮目標(biāo)與粗糙面復(fù)合散射的計算方案,在此基礎(chǔ)上,分析了不同粗糙面參數(shù)、不同區(qū)域劃分方案下目標(biāo)與粗糙面復(fù)合散射結(jié)果的差異。5、復(fù)雜涂覆目標(biāo)與大區(qū)域粗糙(海)面的復(fù)合散射研究。計算區(qū)域的擴(kuò)增將使剖分面元數(shù)量迅速增加,進(jìn)而使得數(shù)值算法中未知量激增,導(dǎo)致求解變得極其困難。本章采用高頻與高頻混合方法對大區(qū)域粗糙面使用基于雙尺度思想的半確定性面元法(SDFSM)進(jìn)行計算,對目標(biāo)采用彈跳射線(SBR)和考慮阻抗邊界條件的物理繞射理論(PTD)相結(jié)合方法進(jìn)行散射計算。在此基礎(chǔ)上,建立了電大尺寸海面與飛機(jī)復(fù)合模型,采用考慮不同耦合路徑的彈跳射線法,有效計算了不同海況、不同目標(biāo)高度以及不同的入射條件下目標(biāo)與大區(qū)域粗糙面的復(fù)合散射。
【圖文】：

光學(xué)法基本理論(第二章)圖1.1 論文結(jié)構(gòu)框架圖本文采用je t為時諧因子。1.3.2 論文的主要貢獻(xiàn)1、將隨機(jī)粗糙面的建模理念應(yīng)用到具有粗糙表面的目標(biāo)建模中，，對生成的隨機(jī)粗糙面進(jìn)行坐標(biāo)變換導(dǎo)入 CAD 建模軟件建立具有粗糙表面的目標(biāo)模型。并研究了涂覆表面粗糙目標(biāo)在太赫茲波段的散射特性。目標(biāo)表面的粗糙度在太赫茲波段對其散射特性有較大的影響。三維復(fù)雜目標(biāo)采用先建模剖分，對于每個小面元分別投影在三個坐標(biāo)平面，對各個投影區(qū)域分別進(jìn)行變換，生成相應(yīng)的表面粗糙目標(biāo)。2、將分區(qū)域模型應(yīng)用于三維導(dǎo)體粗糙面和目標(biāo)的復(fù)合散射研究中。針對漂浮目標(biāo)與粗糙面復(fù)合的情況，借助 CAD 軟件工具對目標(biāo)與粗糙面的交疊區(qū)域進(jìn)行相應(yīng)布爾運(yùn)算操作建立更為精確的整體復(fù)合模型。分區(qū)域模型對于目標(biāo)以及與目標(biāo)臨近的粗糙面強(qiáng)耦合區(qū)域采用矩量法，對距離目標(biāo)較遠(yuǎn)耦合較弱的粗糙面部分采用物理光學(xué)法。相對于全部模型采用矩量法減小了未知量個數(shù)，在保證計算精度的同時減小內(nèi)存消耗，節(jié)省了計算時間。3、對于具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的涂覆目標(biāo)與粗糙面復(fù)合散射模型

球面單站雷達(dá)散射截面對比
【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】：2018
【分類號】：O441.4

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