隨機粗糙面與目標(biāo)復(fù)合電磁散射的快速算法研究.pdf

1、隨著復(fù)雜背景下雷達目標(biāo)探測與識別技術(shù)的快速發(fā)展,隨機粗糙面與目標(biāo)復(fù)合電磁散射的快速算法研究有著重要的意義。粗糙面與目標(biāo)復(fù)合散射分穩(wěn)態(tài)散射和瞬態(tài)散射,分別適合用頻域和時域方法進行分析。本文就這一領(lǐng)域進行了較為系統(tǒng)的研究,提出了一系列用于頻域及時域復(fù)合散射的快速方法。主要工作如下:
　　 對于頻域算法而言,我們首先給出了用于計算傳統(tǒng)的一維導(dǎo)體粗糙面與二維目標(biāo)復(fù)合散射的矩量法(MOM)與基爾霍夫近似(KA)結(jié)合的混合算法,該混合算法有

2、兩種不同的形式:迭代法和修改阻抗矩陣法。論文第三章采用了基于修改阻抗矩陣法的混合方法計算了一維海面與目標(biāo)的復(fù)合散射,數(shù)值結(jié)果與傳統(tǒng)矩量法的結(jié)果做了對比,驗證了其正確性,但就計算效率而言,混合方法比矩量法要高很多。
　　 需要指出的是,對于一維粗糙面及目標(biāo)的復(fù)合散射而言,基于迭代法和修改阻抗矩陣法的兩種混合方法計算效率差別并不大。但是在第四章我們分別將這兩種混合方法拓展到求解二維粗糙面與三維目標(biāo)復(fù)合散射中,提出了一種單站散射的快速

3、算法,發(fā)現(xiàn)基于迭代法的混合算法計算效率更高。此外,我們還討論了MOM-KA混合法在粗糙面與目標(biāo)復(fù)合散射中的遮擋問題,得出了一些有意義的結(jié)論。
　　 以上為論文的前半部分,論文的后半部分對復(fù)合散射的時域快速算法進行研究。
　　 論文中的第五章提出時域積分方程法(TDIE)與時域基爾霍夫近似法(TDKA)的混合方法,求解在TM波入射情形下,一維導(dǎo)體粗糙面與二維導(dǎo)體目標(biāo)復(fù)合瞬態(tài)散射?？偟乃悸肥菍⒋植诿嬗肨DKA法求解,將粗糙面

4、上方目標(biāo)用TDIE法求解,同時,引入互耦迭代,考慮兩者之間的耦合。分別推導(dǎo)了混合法的顯式格式和隱式格式的時間步進方程。數(shù)值結(jié)果與單獨使用TDIE的結(jié)果進行了比對,表明混合算法在保證計算精度的同時提高了計算效率。
　　 在第六章,我們將第五章針對TM波入射的二維TDIE-TDKA混合法,擴展到更為復(fù)雜的TE波入射情形,推導(dǎo)了TE波入射情形下的顯式格式和隱式格式的時間步進方程。數(shù)值算例同樣和純TDIE法進行了比較,獲得了良好的結(jié)果。

5、
　　 同時,為了得到瞬態(tài)遠(yuǎn)場值,論文中的第五章和第六章分別針對TM和TE波入射的情形提出了一種無需兩次離散傅里葉變換而計算二維瞬態(tài)遠(yuǎn)場的新方法,該方法直接從二維時域格林函數(shù)出發(fā),簡潔高效,且有著良好的計算精度。
　　 第七章我們將二維TDIE-TDKA混合法思想擴展到三維情形,推導(dǎo)出了顯式格式的時間步進方程,以用于求解二維導(dǎo)體粗糙面與三維導(dǎo)體目標(biāo)復(fù)合瞬態(tài)散射,數(shù)值算例中,也和純TDIE法進行了比較,驗證了本文方法的精確

6、和高效。
　　 最后,針對時域有限差分方法(FDTD)在處理非均勻介質(zhì)目標(biāo)方面的優(yōu)勢,初步探討了基于FDTD快速算法-時域小波伽略金法(WGTD)結(jié)合并行算法,求解了一維粗糙面與目標(biāo)的復(fù)合散射。和FDTD相比,WGTD方法的相位誤差較小,能使得網(wǎng)格取的更粗,從而節(jié)省計算資源。數(shù)值算例表明,和純FDTD法相比,本文方法有著更高的計算效率。
　　 本文的研究工作為隨機粗糙面與目標(biāo)復(fù)合電磁散射的數(shù)值仿真,提供了一套快速有效的理