机载雷达RCS算法的研究与软件实现

论文摘要

随着微波技术的不断发展,隐身飞机和反隐身技术的应用需求越来越多,因此,远大于电磁波波长的飞机的飞行结构和飞行环境的高效电磁特性分析显得越来越重要。如何采用数值方法高效分析目标的散射特性一直是计算电磁学领域的研究重点。本文在详细介绍了机载雷达的工作原理和相应的算法基础,重点研究了以下问题。首先,介绍了电磁散射问题中的积分方程,分析了利用矩量法求解这类方程的原理,在此基础上,给出了利用数值方法求解电磁散射问题的具体步骤。其次,详细研究了基于积分方程的矩量法的工作原理和其中的关键技术,特别是奇异性和近奇异性的处理。在不影响精度的前提下,这种处理加速了线性方程组的收敛速度,有效的节约了计算时间和内存消耗。为了提高求解效率,加入了预条件和各种求解技术,对同一个问题进行求解,并比较了各种方法的收敛速度和计算精度。利用高效的几何建模工具有效的模拟了真实环境中的复杂结构体,进而进行仿真实验,验证了算法的正确性。最后,研究了积分方程的数值计算精度问题。积分方程计算精度的分析是数值方法的重要方面,利用积分方程处理复杂结构目标,特别是处理边缘和尖端目标就要在电场积分方程和磁场积分方程之间做好协调。通过数值算例给出了一些关键问题的求解精度和收敛性的分析,表明除了积分方程算子本身固有的性质,精确离散积分算子同样是影响积分方程求解性能的一个重要方面。在此基础上论文利用Visual Studio 2008开发了仿真计算软件,并和FEKO等商业软件的计算结果进行了比较分析,验证了试验结果的正确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 机载雷达RCS 计算的主要方法
• 1.2.2 国内外研究进展
• 1.3 主要研究内容
• 1.4 论文结构安排
• 第二章 机载雷达RCS 工作原理和计算方法
• 2.1 机载雷达工作原理
• 2.2 机载雷达RCS 的相关定义
• 2.3 机载雷达RCS 计算的基本原理
• 2.4 机载雷达RCS 的计算方法
• 2.4.1 电场积分方程
• 2.4.2 磁场积分方程
• 2.4.3 混合场积分方程
• 第三章 机载雷达RCS 的算法原理和相应的基函数
• 3.1 矩量法原理
• 3.2 机载雷达RCS 计算的基函数和匹配方式
• 3.3 机载雷达RCS 矩量法的积分方程展开
• 3.3.1 电场积分方程的矩量法具体展开
• 3.3.2 磁场积分方程的矩量法的具体展开
• 3.3.3 混合场积分方程的矩量法展开
• 3.4 矩量法计算RCS 的奇异性和近奇异性
• 3.5 机载雷达RCS 的具体计算
• 3.6 机载雷达矩量法的基本特征分析
• 第四章 机载雷达RCS 计算的关键技术研究
• 4.1 机载雷达RCS 计算的常用迭代算法
• 4.1.1 共轭梯度类迭代算法
• 4.1.2 广义最小余量迭代算法
• 4.1.3 常用迭代算法在表面积分方程中应用
• 4.2 机载雷达RCS 计算的常用预条件技术
• 4.2.1 预条件技术的基本思想
• 4.2.2 预条件技术的分类
• 4.3 机载雷达RCS 积分方程的直接求解
• 4.3.1 求解积分方程的全主元高斯消元法
• 4.3.2 LU 分解求解阻抗矩阵
• 第五章 机载雷达处理软件的设计
• 5.1 软件需求分析
• 5.1.1 需求概述
• 5.1.2 软件性能分析
• 5.1.3 数据处理分析
• 5.2 软件概要设计
• 第六章 软件实现和仿真结果分析
• 6.1 软件实现
• 6.2 结果分析
• 第七章 总结展望
• 7.1 论文总结
• 7.2 进一步要开展的工作
• 致谢
• 参考文献