目标与环境电磁散射特性建模 理论、方法与实现 应用篇PDF电子书下载

第1章 目标与环境几何构形的建模 1

1.1典型目标体的几何造型 2

1.1.1曲面的基本知识 2

1.1.2典型的二次曲面体的生成 3

1.1.3其他典型曲面体的生成 4

1.2一般曲面的造型方法 6

1.2.1三次B样条曲面 6

1.2.2NURBS曲面 7

1.2.3参数化几何造型方法 8

1.2.4图形的变换和显示方法 8

1.2.5遮挡与消隐 10

1.2.6目前常用的三维几何造型软件 12

1.3特殊目标的几何建模 16

1.3.1飞行器外形的几何造型 16

1.3.2舰艇外形的几何造型 19

1.3.3坦克外形的几何造型 20

1.4重建三维目标体外形的方法 22

1.4.1已知几何数据和图纸资料的目标体几何造型方法 22

1.4.2由三面图重建目标体的三维构形的方法 22

1.4.3由图片重建目标体三维构形的方法 23

1.5目标背景环境的几何造型 27

1.5.1常见的背景环境的几何造型方法 27

1.5.2沙土地面环境构形的生成 29

1.5.3海面环境构形的生成 30

1.5.4其他背景环境的生成 31

1.6用于雷达目标特性分析的几何网格要求 32

1.6.1目标体表面的法矢分布计算 32

1.6.2网格大小的要求 32

1.6.3网格三角化 33

1.6.4Coons曲面方法的网格加密重建与“曲面像素”生成 33

参考文献 35

第2章 矩量法及其实现 36

2.1基本原理 36

2.1.1矩量法的基本原理 36

2.1.2积分方程 38

2.1.3矩阵方程的求解 41

2.2基函数和检验函数的选取 42

2.2.1脉冲基函数 43

2.2.2基于三角面元的RWG基函数 43

2.2.3检验函数的选取 44

2.3应用于三维导体目标的电磁散射 44

2.3.1基于脉冲基的磁场积分方程的矩量法 45

2.3.2基于RWG基函数的矩量法 47

2.4应用于三维介质目标的电磁散射 51

2.4.1基于RWG基函数的均匀介质目标的矩量法 51

2.4.2基于脉冲基的非均匀介质目标的矩量法 53

2.5应用于波导缝隙天线阵的电磁散射 56

2.5.1基本原理 56

2.5.2P-FFT快速算法在矩量法中的应用 59

2.5.3数值结果和分析 61

2.5.4结论 65

2.6程序实现 65

2.6.1求解导体目标电场积分方程的RWG基函数的矩量法程序 65

2.6.2求解非均匀介质目标的体积积分矩量法程序 81

参考文献 87

第3章 旋转对称矩量法及其实现 89

3.1旋转对称矩量法的原理 89

3.1.1入射波的分解 89

3.1.2面积分方程 92

3.1.3矩量解 93

3.2若干关键问题 110

3.2.1奇异值的处理 110

3.2.2如何确定入射平面波分解成柱面波的个数 115

3.2.3BoRMoM的加速 118

3.2.4宽频信息的获取 120

3.2.5几何建模及剖分 121

3.3软件编制 121

3.4计算实例 122

参考文献 125

第4章 多层快速多极子方法及其实现 127

4.1编程原理与方法简介 127

4.2程序结构与流程 127

4.3输入／输出数据文件：格式、结构与定义 129

4.4几何建模方法和应用软件平台 129

4.5电磁建模中的结构性模块和选择性模块 131

4.6验模结果 134

4.7典型算例 135

4.8程序特点和适用范围 136

4.9程序的扩展及应用 137

第5章 合元极技术及其实现 140

5.1合元极技术发展简述 140

5.2合元极的通用数学表述 141

5.3合元极算法 143

5.3.1常规算法（CA） 143

5.3.2分解算法（DA） 143

5.3.3预处理算法（ABC-PA） 144

5.4对称合元极和非对称合元极之比较 144

5.5合元极各种算法的数值性能 145

5.5.1算法的精确性 145

5.5.2迭代收敛速度 146

5.5.3数值色散误差 147

5.6中算软件 148

5.6.1中算的使用范围 149

5.6.2中算的功能 149

5.6.3输入／输出数据文件：格式、结构与定义 149

5.7算例 150

5.7.1金属目标 150

5.7.2涂层目标 155

5.7.3复合材料圆柱体 155

参考文献 158

第6章 FDTD方法及其实现 160

6.1FDTD计算区域的划分 161

6.1.1总场区和散射场区 161

6.1.2截断边界处PML的设置 161

6.1.3外推数据存储边界 162

6.2FDTD激励波源：时谐场和瞬变场情况 162

6.2.1时谐场源振幅和相位的提取：相位滞后法 162

6.2.2脉冲波源及其频谱 163

6.3激励源的加入：电偶极子 165

6.4激励源的加入：平面波源 166

6.4.1波源加入的等效原理 166

6.4.2总场边界处的FDTD形式 166

6.5散射目标的几何建模 169

6.5.1简单物体：立方体、球、橄榄体 170

6.5.2复杂目标 170

6.6FDTD计算流程及程序调试 171

6.6.1计算流程图 171

6.6.2FDTD程序调试途径 172

6.7三维瞬态场FDTD算例 173

6.7.1介质球 173

6.7.2金属球 173

6.8二维时谐场FDTD算例和程序 174

6.8.1金属方柱 174

6.8.2FDTD时谐场计算程序 175

参考文献 178

第7章 部件合成法及其实现 179

7.1简单形体目标的RCS 179

7.1.1球与椭球 179

7.1.2柱体 180

7.1.3平板 180

7.1.4腔体 181

7.1.5卵形体 181

7.1.6二面角 182

7.2复杂形体目标部件的RCS 182

7.3复杂形体目标RCS部件合成法分析举例 183

7.3.1“堪培拉”轻型轰炸机 184

7.3.2雷达参数 184

7.3.3简单形体模拟 184

7.3.4RCS计算 186

7.3.5平均值、最大值和均方值 187

7.3.6计算与实测的比较 188

参考文献 188

第8章 面元法及其实现 189

8.1目标CAD造型及网格生成 189

8.2目标表面的像素生成 190

8.2.1完全保持原目标板块特征的“板块像素” 190

8.2.2由“板块面元”对像素作法矢插值的像素生成 191

8.2.3曲面像素 191

8.3遮挡和消隐处理 192

8.4像素面元法RCS计算公式推导 193

8.4.1理想导体表面的散射 193

8.4.2劈边缘绕射 194

8.5不同像素生成方法对RCS计算结果的影响 195

8.5.1不同网格划分对RCS的影响 195

8.5.2不同频率对RCS的影响 196

8.6像素面元法的改进 196

8.7像素面元法电磁遮挡处理 197

8.8像素面元法RCS分析算例 198

8.8.1典型体目标RCS分析算例 198

8.8.2复杂形体目标RCS分析算例 200

参考文献 201

第9章 图形计算电磁学及其实现 202

9.1复杂目标的可视化图形电磁学计算 203

9.1.1目标的法矢图像 203

9.1.2可视化图形电磁学 207

9.1.3复杂目标的可视化图形电磁学计算框图 211

9.2满屏幕GRECO 212

9.2.1拉伸投影面元像素的散射贡献计算式 212

9.2.2拉伸投影棱边像素的散射贡献计算式 214

9.3分区显示算法 215

9.3.1误差分析 215

9.3.2算法描述 217

9.3.3提高计算速度的像素批处理方法 218

9.4GRECO计算实例 218

9.4.1球 218

9.4.2平板 221

9.4.3立方体 222

9.4.4导弹模型 222

9.4.5涂覆物体 223

9.5复杂目标距离剖面的可视化计算模型 224

9.5.1概述 224

9.5.2一维高分辨雷达散射特性 225

9.5.3高分辨雷达目标特性的可视化模型 226

9.5.4计算框图 227

第10章 地海杂波环境中目标双站电磁散射的复合建模与数值仿真 229

10.1下视雷达对海面与船目标电磁散射数值仿真GFBM／SAA方法 229

10.1.1引言 229

10.1.2广义的前后向迭代与谱加速（GFBM／SAA）方法 230

10.1.3双站散射系数的计算 235

10.1.4数值结果 236

10.1.5程序算例说明 238

10.1.6结论 241

10.2风驱海面中船与低飞目标电磁散射数值仿真FEM／CPML／DDM／TLQSA方法 241

10.2.1引言 241

10.2.2粗糙海面低空目标双站散射的FEM／CPML方法 242

10.2.3数值结果 244

10.2.4大范围海面上舰船与低空目标复合模型的DDM方法 247

10.2.5数值结果 250

10.2.6动态海面上低飞目标DP频谱FEM／DDM／TLQSA方法 252

10.2.7数值结果 254

10.2.8程序和算例说明 258

10.2.9结论 262

10.3半主动制导中海面上运动目标和人造箔条云干扰的DP频移仿真 263

10.3.1引言 263

10.3.2双尺度粗糙海面双站散射系数 264

10.3.3人造箔条云双站散射计算 266

10.3.4数值结果 272

10.3.5程序算例说明 274

10.3.6结论 277

参考文献 277

第11章 雷达目标的强散射源建模及其实现 278

11.1雷达目标强散射点的提取与分析 278

11.1.1雷达目标强散射点提取方法综述 279

11.1.2用矩阵束方法和GTD参数模型分析雷达目标强散射点 281

11.1.3用遗传算法对雷达目标强散射点进行有效的分析 283

11.2基于强散射点分布的RCS数据压缩 286

11.2.1RCS数据压缩算法 287

11.2.2TDFT算法在电大尺寸复杂目标RCS数据压缩中的应用 288

11.2.3基于分数阶傅里叶变换的近场RCS数据压缩 292

11.3基于强散射点分布的RCS内插和外推 295

11.3.1RCS频率外推 295

11.3.2RCS频率和角度的双内插 299

11.4雷达目标强散射点建模实验系统 303

11.4.1系统的组成与工作原理 303

11.4.2二维超分辨成像算法 304

11.4.3实验结果及系统性能 306

11.5雷达目标强散射点建模在目标识别中的应用实例 307

11.5.1基于多站宽带雷达的目标识别技术 308

11.5.2基于强散射点分布和多普勒包络的雷达目标识别 309

11.5.3不同目标识别方案调频非线性影响的比较性研究 314

11.5.4从目标识别的角度定性研究目标建模 316

参考文献 318

第12章 干扰云团电磁散射特性与蒙特卡罗法的实现 323

12.1离散随机介质中波传播与散射的蒙特卡罗法 323

12.1.1光子输运过程模拟的跟踪 325

12.1.2方法比较与结果讨论 327

12.2箔条云团的电磁散射特性 328

12.2.1单箔条双站散射特性分析 328

12.2.2散射矩阵 329

12.2.3观察坐标系的散射场与Mueller矩阵 329

12.2.4箔条云团的RCS 332

12.3箔条云团双站散射的蒙特卡罗法 334

12.3.1箔条云团的物理模型 334

12.3.2矢量辐射输运理论 334

12.3.3蒙特卡罗法 335

12.3.4箔条云团双站散射的数值模拟 336

12.4箔条云团的多普勒效应 340

12.4.1随机介质的多普勒理论 340

12.4.2随机运动粒子集团多普勒频移 341

12.4.3随机运动粒子集团的回波展宽 342

12.4.4箔条云团的多普勒现象分析 342

12.5无源干扰箔条云反射信号的计算与仿真 343

12.5.1综述 343

12.5.2箔条云团的反射特性 344

12.5.3箔条云团反射信号计算的算法 350

12.5.4小结 356

参考文献 356

第13章 多体散射的传输矩阵法和偶极子近似方法 358

13.1传输矩阵方法的概述 358

13.1.1传输矩阵的定义 358

13.1.2波函数理论 358

13.1.3入射波的矢量波函数分解 359

13.2单目标传输矩阵的计算 360

13.3任意取向目标的传输矩阵 366

13.3.1欧拉角 366

13.3.2旋转后目标的传输矩阵 366

13.3.3波函数旋转定理 367

13.4多目标的广义递推传输矩阵算法 368

13.4.1波函数加法定理 368

13.4.2两体散射问题 370

13.4.3广义递推集合传输矩阵算法 371

13.5数值算例 373

13.6离散偶极子近似方法 375

13.6.1离散偶极子近似方法原理 375

13.6.2电磁散射体积分方程 376

13.6.3离散偶极子近似方法的极化率 377

13.6.4离散偶极子近似方法中目标散射体的散射系数 381

13.6.5用离散偶极子近似方法研究回转体的散射特性 382

13.7离散偶极子近似方法的数值算例 383

参考文献 386