电大尺寸目标的电磁特性分析方法研究

论文摘要

随着电磁技术的不断发展,通信、雷达等领域的电磁频段正逐步向高频拓展,因此对电大尺寸目标的电磁特性分析具有非常重要的意义。高频近似方法以其计算速度快、内存需求少等优点,成为了电大尺寸目标电磁特性分析的主要方法。本文从高频散射机理出发,并通过高频方法与数值方法对比分析的方式,着重研究了高频方法的计算精度和适用范围,并进一步研究了高频方法在目标的雷达散射截面计算、天线罩电磁特性分析、运动目标的散射回波计算等实际工程问题中的应用。本文首先简述了物理光学法、等效边缘电磁流法、迭代物理光学法的基本原理,并将三种方法结合运用于计算电大尺寸金属目标的雷达散射截面。本文根据高频散射机理,适当的选取各种高频方法进行分析,从而实现了对金属目标雷达散射截面的高效、准确计算。本文将高频方法和数值方法的结果进行对比分析,从幅度和相位两个方面对高频方法的计算精度进行了全面的评估,为该方法的实际工程应用奠定了基础。其次,本文采用介质物理光学法计算了平面分层介质目标的雷达散射截面,该方法在电磁波反射和透射方向具有较高的计算精度。本文将该方法运用于电大尺寸介质天线罩的电磁特性分析中,实现了对多层介质结构天线罩进行快速分析的目的;并通过离散激励源,改变积分方式,修正反射、透射系数的方法,提高了该方法的计算精度和普适性。再次,本文对金属目标的时域散射问题进行了相关的研究,简述了时域物理光学法、时域等效边缘电磁流法的基本原理,并运用其实现了对金属目标的时域散射回波的快速计算。本文提出了时域迭代物理光学法用于强耦合目标的时域电磁分析,扩展了高频方法在时域电磁分析中的运用范围。通过数值算例,分析了各种高频方法所能描述的散射机理,并与数值方法的结果进行比较,分析了高频时域方法的计算精度。在此基础上,将时域高频方法应用于运动目标的时域电磁散射特性的分析,使时域高频方法具有了更强的工程实用性。最后,本文分析了具有轴对称特性的旋转体目标,简述了旋转体矩量法的基本原理和实现方法,并用该方法计算电大尺寸的旋转轴对称结构目标雷达散射截面。该方法是数值方法,具有很高的计算精度,且通过目标的轴对称特性,大大降低了计算量。该方法可对金属、介质及介质涂敷等多种结构的目标进行高效分析,因此其具有很高的工程运用价值。本文工作为各高频方法的进一步应用奠定了基础,也为电大尺寸目标的电磁特性分析找到了有效的解决途径。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究概况及发展态势
• 1.2.1 分析方法介绍
• 1.2.2 国内外研究概况
• 1.2.3 发展态势
• 1.3 本文的研究内容和贡献
• 1.4 本文内容安排
• 第二章 RCS的基本概念及电磁散射机理
• 2.1 RCS的基本概念
• 2.2 电磁散射机理
• 2.3 散射场积分公式
• 2.4 目标模型的建立
• 2.4.1 目标的剖分
• 2.4.2 时间维的划分
• 2.4.3 几何模型的处理
• 2.5 本章小结
• 第三章 金属目标的频域电磁分析
• 3.1 物理光学法
• 3.1.1 远场近似
• 3.1.2 切平面近似
• 3.2 等效边缘电磁流法
• 3.3 迭代物理光学法
• 3.4 数值算例及分析
• 3.4.1 方法适用性分析
• 3.4.2 相位精度分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 分层介质目标的频域电磁分析
• 4.1 介质物理光学法
• 4.2 反射、透射系数
• 4.3 天线罩特性分析
• 4.3.1 分析流程
• 4.3.2 方法改进
• 4.4 数值算例及分析
• 4.4.1 散射问题分析
• 4.4.2 天线罩电特性分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 金属目标的时域电磁分析
• 5.1 时域物理光学法
• 5.2 时域等效边缘电磁流法
• 5.3 时域迭代物理光学法
• 5.3.1 方法推导及基本原理
• 5.3.2 迭代区域与迭代时间步的选择
• 5.4 运动金属目标的时域分析
• 5.4.1 运动方式的分解
• 5.4.2 运动作用的考虑
• 5.4.3 基本原理
• 5.4.4 分析步骤
• 5.5 数值算例及分析
• 5.5.1 方法适用性分析
• 5.5.2 运动目标时域分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 电大旋转体目标的频域电磁分析
• 6.1 引言
• 6.2 基本原理
• 6.2.1 矩量法
• 6.2.2 旋转特性
• 6.3 具体实现
• 6.3.1 基、权函数选择
• 6.3.2 方程的离散化处理
• 6.3.3 模式数分析
• 6.4 数值算例及分析
• 6.4.1 模式数分析
• 6.4.2 计算精度分析
• 6.5 本章小结
• 第七章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在硕士期间的研究成果