二维粗糙海面matlab,一维导体粗糙海面与二维导体目标的电磁散射仿真方法

一维导体粗糙海面与二维导体目标的电磁散射仿真方法

【技术领域】

[0001] 本发明属于雷达电磁仿真技术领域，具体涉及一维导体粗糙海面与二维导体目电 磁散射仿真方法。

【背景技术】

[0002] 海面电磁散射的问题在军事的各领域被普遍应用，并且由于雷达技术的快速发 展，人们越来越重视这一问题的研究。雷达对目标的探测过程，实际上就是一个电磁散射的 过程，也就是雷达发射出去的电磁波被探测目标反射回来，产生回波，通过分析回波的具体 信息能够得出被探测目标的特性。譬如，可以从探测到的海面的散射回波中，获得海面的一 些相关信息，例如海面的含盐度、风速、浪高、温度、浪涌的方向等；又如果海面上有舰船或 者飞机等目标时，从反射回来的混合回波中可以获得舰船或者飞机的形状、大小等特性。因 此，预估雷达目标探测识别过程中的回波并对其进行仿真，能够指导分析和设计目标探测 或反探测，这在工程应用上意义重大。由此可见，对海面及其上方目标的复合电磁散射的研 究异常重要。

[0003] 电磁散射问题的求解方法都是围绕着麦克斯韦方程和边界条件进行的，主要分为 微分方程方法和积分方程方法两类，对于其中的每一类又分为频域方法和时域方法，时间 域和频率域两种方法可以通过Fourier变换联系起来。频域方法是通过重复求解照射电 磁波频带内每个频点的矩阵方程，获取一系列频点的频率响应后，再用离散傅立叶反变换 (IDFT)获得瞬态响应，因此该方法的计算效率很低。而对于时域方法，电磁脉冲的瞬态响应 是直接从时域得到的，且能够提供瞬态响应随着时间的演变过程，因而对电磁脉冲散射和 辐射的时域过程的描绘更加充分形象，可以从物理上加深对电磁波散射特性和辐射特性的 理解，为分析具体物理问题提供了更加直观的依据。现在比较流行的时域方法主要有时域 积分方程方法(TDIE)，奇点展开法(SEM)，时域有限差分(FDTD)，传输线矩阵法(TLM)，时域 有限体积法(FVTD)时域有限元法(FETD)等。时域方法具有传统的频域方法所不可替代的 优点：首先，时域方法更适合研究具有大瞬时带宽的宽带信号；第二，时域算法比频域方法 更适合进行大规模的并行计算；并且可以更加直观地表现电磁波的相互作用过程和传播过 程；第三，时域方法在处理非线性媒质以及时变媒质的散射问题和辐射问题时更为方便、直 接；第四，可以采用时间窗方便地消除时域测量、计算机模拟中不必要的反射波的影响或者 用于电大尺寸目标的模拟；最后，采用时域模拟方法可以更为直接方便地求解目标的固有 谐振频率，便于目标识别的研究。

[0004] 但是，单独的使用TDIE方法对粗糙海面与目标复合瞬态散射进行求解十分困难， 需耗费巨大计算资源。虽然能够获得很高的计算精度，但需要将整个粗糙面及上方目标当 作一个整体去进行TDIE求解，计算效率低下，没有实际工程应用价值。因此，基于TDIE发 展起来的快速算法越来越多。

[0005] 迄今为止，基于TDIE的快速算法主要有两种，第一种方法为A.A.Ergin、 B.ShankerWalker等提出的时域平面波算法，该方法实际上是快速多极子技术的时域版 本，虽然能将计算复杂度大大降低，但是程序实现极其复杂；第二种方法为时域物理光学法 (TDPO:TimeDomainPhysicalOptics)和TDIE的混合方法，该方法将目标的电大尺寸且平 滑部分建模为TDP0区域，将电小尺寸且精细部分建模为TDIE区域，不考虑TDP0区域电流 之间的耦合，从而大大降低了求解复杂度。和时域平面波算法相比，TDIE-TDP0方法更容易 程序实现。又将P0近似用于粗糙海面，形成时域基尔霍夫近似(TDKA:TimeDomainKirchh ofApproximation)，发展了TDIE-TDKA方法。该混合方法的基本思想为将粗糙海面建模为 TDKA区域，将粗糙海面上目标建模为TDIE区域，对TDIE区域的场强，表示为入射波和整个 区域的电流感应的共同作用，对TDKA区域的场强，则仅表示入射波和TDIE区域电流感应的 作用。该混合方法考虑了目标与粗糙海面之间的相互耦合作用，而忽略粗糙海面区域电流 之间的相互耦合作用，因而既大大降低了粗糙海面求解的复杂度，又保证了计算精度。

【发明内容】

[0006] 发明目的：本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明公开了一维 导体粗糙海面与二维导体目电磁散射仿真方法。

[0007] 技术方案：一维导体粗糙海面与二维导体目电磁散射仿真方法，包括如下步骤：

[0008] (1)输入一维导体粗糙海面的功率谱密度函数和粗糙海面参数，通过蒙特卡洛方 法得到粗糙海面上N个离散面元的位置坐彳

【主权项】

1. 一维导体粗糙海面与二维导体目电磁散射仿真方法，其特征在于，包括如下步骤： (1) 输入一维导体粗糙海面的功率谱密度函数和粗糙海面参数，通过蒙特卡洛方法得 到粗糙海面上N个离散面元的位置坐标f_N/2+1=(x_N/2+1,z_N/2+1), . . . ,fLf(xzj,fQ = (XQ,Zd)，f\=(XZi)，. . .，fN/2=(xN/2,zN/2)，即对一维导体粗糙海面进行建模生成一维导 体粗糙海面； (2) 在入射波照射下，剖分一维导体粗糙海面及二维无限长导体目标； (3) 使用锥形波入射到一维导体粗糙海面及二维无限长导体目标上； (4) 根据电磁场中的边界条件，获得一维导体粗糙海面及二维无限长导体目标的入射 波入射下的显示格式的时间步进方程，在每个时间步，仅对导体目标表面使用时域电场积 分方程求解，获得目标表面电流后，再将海面TDKA区域的表面电流表示成入射波和TDIE区 域的电流感应的共同作用，而不去考虑TDKA区域中电流的相互耦合，通过时间步进法计算 出目标的电流响应随时间变化的数值， (5) 根据目标的电流响应随时间变化的数值求出二维瞬态远场。

2. 如权利要求1所述的一维导体粗糙海面与二维导