版权信息
省级大型综合性科技类期刊
主管部门:自治区科技厅
主办单位:自治区科学技术信息研究院 
协办单位:自治区科学技术情报学会
编辑出版:科技期刊编译室
刊社地址:内蒙古呼和浩特新城西街149号本刊杂志社
邮政编码:100010
电      话:0471-2536371

E-mail  :

nmgkjzz@vip.163.com 

网站地址:www.nmgkjzz.com


往期杂志
当前位置: 首页>往期杂志>详细介绍

复杂目标与环境下的复合电磁散射特性研究与应用

时间:2016-07-04来源: 作者: 点击: 105次


摘要 根据基于三角形小平面模型,得出电磁场分布快速结果,但功分比较大的原因,随机误差较大,,故改进方法是三维矩形腔体线性叠加得出不规则几何腔体的电磁场分布,得出入射及反射波数计算式,但能量损耗影响计算结果精度,考虑了互耦的影响,本文结合采用高频渐近计算和物理光学方法,并应用遗传算法仿真,互耦的幅度偏离定义适应函数和适应值,得出了全波过程边缘环绕射场场强,验证了复杂目标环境的复合电磁散射特性分析正确性。

 

关键词 :三角形小平面模型;三维矩形腔体;互耦;遗传优化算法

中图分类号:TV958.92 文献标识码:A

Research and application of composite electromagnetic scattering characteristics about  complex targets and environment

GuiLin Lu1  Shao Hong Wang 2   YuePing Cao 3

1 GuangXi University of science and Technology,Air force  No.95275  No. 268 Donghuan Road, LiuZhou,P.R.China,545006

2    Air force  No.95275, LiuZhou,China,545006,

AbstractBased on triangle plane model, it is concluded that the electromagnetic field distribution for fast results, but relatively large power is random error, so the improved method is three-dimensional rectangular cavity linear superposition that irregular geometric cavity of the electromagnetic field distribution, that the incident and reflected wave equation, but the energy loss affecting the accuracy of the calculation results, considering the mutual coupling effects of, this paper uses high-frequency asymptotic calculations and physical optics method and application simulation of genetic algorithms, mutual coupling amplitude deviation from defined fitness function and adaptive value, obtained the full wave edge surrounding radiation field intensity, we verifies the correctness of composite electromagnetic scattering characteristics of target in a complex environment analysis

Key words Triangular facet model; 3D rectangular cavity; mutual coupling; genetic algorithm

 

一、引言:

复杂目标的电磁散射要求雷达天线设计合理,我们首选基于三角形小平面模型,三角网格的RWG函数作为基函数,可以较好地模拟任意形状的导体表面的工程电磁场问题,而将电磁场积分方程转换为一个高维阻抗矩阵,能有效地减少入射波激励个数,可以随

 


2016年广西科技计划项目资助:第五批广西重点实验室培育基地项目,名称:广西大数据资源管理及云计算服务平台重点实验室

作者联系:卢桂琳,讲师,email: turfbceany@163.com

意控制矩量法系数矩阵的维数,避免了需要设置次要特征基函数带来的误差,本文在此基础上,结合增加阻抗变化枝节,最后采用基于双次反弹的算法实现目标与地/海环境复合散射的一体化高精度电磁建模,得到目标的单站RCS,验证了本文方法的正确性,考虑到会产生较大的功分比, 互耦补偿对算法是否成功有很大影响,故我们又作了以下电磁场的散射分析改进.

二不规则几何腔体特征的电磁场分布特性

沙漠,水泥地,阳光照射的水面等复杂目标表面组成对入射电磁波的散射作用强烈,镜面反委曲求严重,雷达天线较难收到回波信号,故可根据不规则几何腔体的电磁场分布方法解决。

不规则几何腔体可由三维矩形腔体线性叠加,有效方法是并矢格林函数方法,给出有源腔体中的电磁场分布解析式:

LwH腔体的长,宽,高, 电流源参数,

当雷达波入射到复杂目标表面,入射光的反射与介质的极化有关,极化过程有界面极化、电子极化、转向极化和分子极化等,引入完全匹配层的各向异性,作为FDTD方法的基础理论,雷达波的界面传播到反射回来的状况如图:

                         入射光波  

                                        

                                    ,   

                             2             d             反射光波  

n              

 


                         图1 雷达发射信号和目标相互作用的示意图

目标材料的宽频带要求,又要满足较薄的厚度及低的反射角等相互矛盾的条件,通过材料的传输系数和反射系数,将复阻抗与电容率和功率因素联系起来,  经目标优化算法得出反射系数m的公式为:

          (式中,

  式中, 为第n-1层的波阻抗,表示第n层介质中沿Z方向传播的波数,

                 

以上等效为物理意义上的均质的有效的电磁参数,达到减少归一化衰减的反射率及传输损耗的影响,由于入射光波经过几层后能量损耗不易求出,故本文对以上方法进行如下改善.

三、高频渐近计算和物理光学方法

把以上模型作全波分析,针对以上迭代方法存在不能收敛的可能,将泛函方程经为矩阵方程,对阻抗矩阵采用有理插值法,与等效偶极子(EDM)法相结合,有效地将求解的计算量降为O(NlogN). 任意形状的目标介质物体含电偶极子P,如国2所示:经多次散射后在自由空间产生的电位

等效为:                              入射雷达波   Z

 

缺角矩形:                                                    

                                                   r 1

                                     r

                                         2 存在电偶极子P的物体散射后的电位

   

                                                                                             

复杂目标

 

 


 后向            

 

 

 


      图3:物理光学中求解目标的后向散射

由于复杂目标存在有二面角,三面角以及分层外挂等几何                                            结构,故本文结合了物理光学(PO)计算目标的后向散射,如上图3所示

 

当波长变得趋向0时,并沿用几何光学(GO)进行场强跟踪(SBR)进行消隐,运用相位匹配原理和Snell定律公式,雷达散射截面与曲率成正比。而当需要探测的目标有拐角,边缘和尖劈时,以上方法在绕射射线的焦散区失效。

于是我们以Michaeli等效电磁流法为基础,适当降低电导率,计算边缘环绕射场,此时雷达散射所产生的边缘环绕射场场强为

式中,:自由空间格林函数,I为等效电流,是沿边缘方向的单位矢量,为镜面反射的单位矢量,为自由空间导纳。

四、仿真模型与分析

  由于雷达目标回波的非平稳特性,考虑到吸波性能的各种因素,雷达所探测的目标往往处于电磁恶劣的环境,加之隐射性考虑目标的细节结构,采用三角形小平面模型。以太赫兹波段为代表性的雷达波的材料中掺入激合杂质,其掺杂局域场增大了光子禁带的态密度,可以增强自发辐度,其特殊的光子传播机制在于此时在单点周期性遭到了破坏,则可以将光点缺陷在一个非周期性的位置,中心缺陷尺寸的大小对于太赫兹的模式场分布有关键作用,而产生个别异常坏数据,提出遗传算法仿真吸波体反射,可正确估计入射及反射的极化结果。

  遗传算法基本步骤是:副瓣用基因代表,副瓣带来的幅度分布表示成染色体,把副瓣参数的集合转换成染色体结构空间,研究天线单元的互耦,作为编码和产生初始群体

第二步:互耦的幅度偏离定义适应函数和适应值

第三步:波束展宽及极化方式产生种群,交叉,变异

第四步:设定经过50代,可降低副瓣5dB,终止得出最优解。 

五、小结

由于雷达所探测的目标材料中引入点缺陷时,点缺陷的位置对于入射波的波数和下载有很大的影响。雷达探测所处的电磁复杂环境,通过改变光强就可以改变带隙和透视谱特性变化,从而实现可调谐功能,在于此时电磁波的传播采用截断边界网格点处场分量的吸收边界的算法,将位置级数据雷达散射截面RCS、发射信号和目标相互作用的反射系数,减少归一化衰减的反射率及传输损耗的影响,将高频高频渐近计算和物理光学方法,等效于自由空间含电偶极子的电位,后向散射,RWG函数满足电流连续性与符合电荷守恒定律,将求解的目标场强融合作为一个完整的融合及性能评估测试任务,采用遗传算法,由于考虑了天线单元之间的互耦,降低副瓣电平,修正了电流分布,产生较小的功分比,并求出了边缘环绕射场场强。实验证明:与实际航迹非常吻合,以上方法能满足复杂目标电磁散射分析的需要。

 

 

参考文献

[1]张晓燕  盛新庆, 介质粗糙面上目标后向散射的高效混合算法,[J]. 《北京理工大学学报》 201004

 [2] E.Michielssen, J.M.Sajer, S.Ranjithan, and R.Mittra, Design of Light Weight Broadband MicrowaveAbsorbers Using Genentic Algorithms[J], IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol.41, no.6-7, pp.1024-1031,1993.

[3]丁建军,目标电磁散射的快速预估和基于多分辨基函数的高效算法 [D].[博士论文].南京理工大学, 2010.12

[4] 胡添元, 飞翼布局飞机总体多学科设计优化研究 [D].[博士论文].南京航空航天大学, 2010.

 

 

本刊创刊于1982年,是由自治区科技厅主管、自治区科技信息研究院主办,由自治区科技情报学会协办、国内外公开发行的省级综合性科技刊物,是反映内蒙古自治区科技与经济发展的窗口。杂志入选《中国期刊全文数据(CJFD)》全文收录期刊和《中国学术期刊综合评价数据(CAJCED)统计刊源期刊,《中国核心期刊(遴选)数据库》收录。本刊是公开发行的综合性科技期刊,为月刊,大16开本。本刊坚持以科技创新为目标,融科技、经济、信息、产业、市场为一体,是促进科技成果转化、推动科技进步、加强技术创新,促进经济发展的专业性期刊。