基于NURBS建模的物理光学法的RCS计算研究

论文摘要

电磁计算方法的出现,使得要兼顾电磁特性与外形尺寸要求的产品设计工作的效率成倍提高,成本也大幅减少。电大尺寸目标的雷达截面的计算便是融合多个学科的具有重大实际意义的研究课题。其中对于目标的几何建模技术以及电磁高频算法的应用,是两个关键问题,对计算结果的精确和计算速度产生决定性的作用。因此本文的工作就围绕这两方面研究展开。本文首先介绍了目前工业产品建模的主流方法非均匀有理B样条(NURBS)曲面建模技术,分析了传统建模方法的不足和缺点,说明了采用NURBS建模技术会给电磁计算带来的精度和速度方面的优势,但在应用中需要先将其转化为有理Bezier面片,因此本文提出了一种将NURBS面元分解转换为Bezier面元的快速算法,简化了分解过程,减少了计算量,并给出计算实例。由于积分公式的求解是计算散射场的核心工作,研究了驻相法求解的过程。针对二维驻相点的搜索这一关键问题,讨论了多种数值优化算法,分析了各个方法的特点,综合考虑到速度和稳定性最终选择采用共轭梯度法。随后简单介绍了物理光学方法,在此基础上结合驻相法推导了理想导体的散射场的计算公式,并且给出了单、双弯曲曲面的远场RCS的计算结果,取得了较好的效果。经过实验对比和理论分析表明对基于NURBS建模的电大尺寸的RCS计算,在保持相同计算精度的情况下,驻相法比Gauss方法存在速度上的优势,且电尺寸越大优势越明显。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究工作的背景和意义
• 1.2 RCS 计算方法研究概况
• 1.3 论文内容安排和主要研究成果
• 第二章 电磁散射机理及 RCS 的计算方法概述
• 2.1 电磁散射机理
• 2.2 雷达散射截面的概念
• 2.3 RCS 计算方法概述
• 2.4 本章小结
• 第三章 参数曲面建模技术
• 3.1 关于CAGD 基本理论和发展现状
• 3.2 电磁计算的建模方法
• 3.3 参数曲面的数学表示形式
• 3.3.1 NURBS 曲面数学表示
• 3.3.2 Bezier 曲面的数学表示
• 3.3.3 NURBS 与Bezier 的比较
• 3.4 NURBS 到Bezier 的转换
• 3.4.1 曲线的节点插入技术
• 3.4.2 曲线节点插入技术在曲面中的推广
• 3.4.3 B 样条曲面转化为Bezier 曲面的经典算法
• 3.4.4 曲面的NURBS 到Bezier 表示形式转换的快速算法
• 3.4.5 计算实例
• 3.5 本章小结
• 第四章 数值优化算法在驻相法中的应用
• 4.1 驻相法简介
• 4.1.1 一维驻相法原理
• 4.1.2 二维驻相法原理
• 4.2 驻相点的搜索
• 4.3 本章小结
• 第五章 基于 NURBS 建模的RCS 计算
• 5.1 物理光学法的散射场计算
• 5.2 面片的分类
• 5.3 单曲率Bezier 曲面的散射场
• 5.4 双曲率Bezier 曲面的散射场
• 5.5 计算实例
• 5.5.1 单弯曲曲面
• 5.5.2 双弯曲曲面
• 5.6 本章小结
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果