【摘要】：雷達目標特性包括目標及其與環(huán)境復合電磁散射特性。影響目標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的太赫茲頻段電磁散射特性,探討了在實際喇叭天線照射下目標的近場散射特性,即考慮天線遠場方向圖修正的表面粗糙目標太赫茲散射。使用矩量法與物理光學法(MoM-PO)混合算法研究了精確建模下分區(qū)域目標與粗糙面復合散射問題。在此基礎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)混合方法對復雜涂覆目標與電大尺寸海面復合散射問題進行了研究。論文的主要工作如下:1、軸向表面粗糙目標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)對稱目標模型。采用考慮阻抗邊界條件的物理光學法,研究了軸向具有分形粗糙表面的涂覆目標太赫茲散射特性。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)的目標模型;其次,根據(jù)入射波頻率對建立的表面粗糙目標進行滿足物理光學準則的網(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電磁流,進而計算涂覆粗糙目標的雷達散射截面。本文還對比分析了表面粗糙目標與光滑目標的散射結(jié)果,詳細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、圓錐目標和錐柱目標等模型太赫茲散射,進一步分析了具有分形和高斯粗糙表面的錐柱目標太赫茲頻段的散射特性差異。2、三維隨機粗糙表面目標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建模。首先,依據(jù)目標的形狀對水平粗糙面幾何數(shù)據(jù)進行坐標變換,建立具有高斯粗糙表面的簡單目標模型。對于外形復雜目標則先利用計算機輔助軟件(CAD)建立光滑目標幾何輪廓,并對其進行網(wǎng)格剖分,再將每一個剖分面元向三坐標平面投影,并分別對投影面元粗糙化,在此基礎上使用疊加法得到表面粗糙目標模型。最后,采用物理光學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近場散射研究。首先,介紹了遠近場的劃分依據(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的散射場,并對比其與遠場散射情況下的異同;最后,采用修正距離項的物理光學方法計算了考慮天線方向圖影響下表面粗糙涂覆目標太赫茲頻段近場散射特性。4、復雜漂浮目標與粗糙面的復合散射研究。首先,基于粗糙面點云數(shù)據(jù)建立隨機粗糙曲面,借助CAD軟件將其與目標模型進行布爾運算去除重疊部分得到漂浮目標與粗糙面統(tǒng)一復合模型;其次,采用分區(qū)域方案將目標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)域一中目標與粗糙面的相互耦合作用較強,在該區(qū)域采用MoM求解;對于目標與粗糙面耦合較弱的區(qū)域二采用PO方法進行散射計算,形成高低頻混合的MoM-PO方法研究復雜漂浮目標與粗糙面復合散射的計算方案,在此基礎上,分析了不同粗糙面參數(shù)、不同區(qū)域劃分方案下目標與粗糙面復合散射結(jié)果的差異。5、復雜涂覆目標與大區(qū)域粗糙(海)面的復合散射研究。計算區(qū)域的擴增將使剖分面元數(shù)量迅速增加,進而使得數(shù)值算法中未知量激增,導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)進行計算,對目標采用彈跳射線(SBR)和考慮阻抗邊界條件的物理繞射理論(PTD)相結(jié)合方法進行散射計算。在此基礎上,建立了電大尺寸海面與飛機復合模型,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、不同目標高度以及不同的入射條件下目標與大區(qū)域粗糙面的復合散射。
【圖文】：

光學法基本理論(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1、將隨機粗糙面的建模理念應用到具有粗糙表面的目標建模中，，對生成的隨機粗糙面進行坐標變換導入 CAD 建模軟件建立具有粗糙表面的目標模型。并研究了涂覆表面粗糙目標在太赫茲波段的散射特性。目標表面的粗糙度在太赫茲波段對其散射特性有較大的影響。三維復雜目標采用先建模剖分，對于每個小面元分別投影在三個坐標平面，對各個投影區(qū)域分別進行變換，生成相應的表面粗糙目標。2、將分區(qū)域模型應用于三維導體粗糙面和目標的復合散射研究中。針對漂浮目標與粗糙面復合的情況，借助 CAD 軟件工具對目標與粗糙面的交疊區(qū)域進行相應布爾運算操作建立更為精確的整體復合模型。分區(qū)域模型對于目標以及與目標臨近的粗糙面強耦合區(qū)域采用矩量法，對距離目標較遠耦合較弱的粗糙面部分采用物理光學法。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、對于具有復雜結(jié)構(gòu)的涂覆目標與粗糙面復合散射模型

球面單站雷達散射截面對比
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O441.4

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本文編號：2637871