[發明專利]一種基于介質射線追蹤的多層非平行界面介質電磁散射仿真算法

有效

• 申請號: 201611110549.1
• 申請日: 2016-12-02
• 公開（公告）號: CN106772301B
• 公開（公告）日: 2019-07-19
• 發明（設計）人: 謝志杰;梁子長;何鴻飛;高鵬程
• 申請（專利權）人: 上海無線電設備研究所
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41
• 代理公司: 上海信好專利代理事務所(普通合伙) 31249
• 代理人: 尹兵

本發明公開了一種基于介質射線追蹤的多層非平行界面介質電磁散射仿真算法，包含以下步驟：S1、多層非平行界面介質中的射線追蹤，獲取多次反射交點信息；S2、多層非平行界面介質中的場強追蹤，獲取射線與目標及介質交點處的電場信息；S3、多層介質包覆目標的遠區散射場建模，獲取總散射場及雷達散射截面信息，完成多層非平行界面介質電磁散射仿真。本發明利用射線來等效電磁波在多層介質中的反射與折射，通過引入分層介質間的反射系數和透射系數，實現了多層非平行界面介質中隱伏目標的電磁散射建模，是一種行之有效的多層介質包覆目標的電磁散射建模方案。

技術領域

本發明涉及雷達目標特性建模領域，具體涉及一種基于介質射線追蹤的多層非平行界面介質電磁散射仿真算法。

背景技術

目標的雷達散射截面(Radar Cross Section，RCS)是雷達探測技術、隱身和反隱身技術的一個重要特征參數，是表征目標散射特性的一個最基本的參數。RCS分析預估是根據各種電磁散射理論研究場景產生散射場的各種機理，并且利用各種近似計算方法和計算機技術定量估計目標的電磁散射特性。目前，對復雜金屬目標RCS的研究已日趨完善，而對多層介質包覆目標的電磁散射建模方法則有待發展。針對多層介質包覆目標，電磁波在介質中傳輸時會發生衰減，入射到介質分界面時會同時發生反射與折射，使得其電磁散射特性極為復雜，對其進行散射建模比較困難。因此，以多層介質包覆目標的真實散射機理為基礎，建立逼真的多層介質包覆目標散射模型，具有重要意義。

申請號為201510107665.7的專利文獻公開了一種分層介質粗糙面電磁散射系數的確定方法，通過建立與分層粗糙面相對應的分層平面模型，并通過引入零階電場、相對介電常數之差以及一階擾動場來實現分層介質粗糙面電磁散射系數的求解，該方法可實現分層介質粗糙面的后向散射建模，但是無法處理多層介質的透射問題以及多層介質包覆目標的電磁散射建模問題。

申請號為201110193676.3的專利文獻公開了一種非均勻媒質可視求跡散射分析方法，是基于圖形顯示的計算非均勻媒質雷達散射特性的新方法，該方法通過OpenGL中的遮擋判別功能來實現射線與目標的求交運算，但是無法模擬射線在介質中發生的折射，同時無法實現射線在目標區域的多次反射求解。

申請號為201310135220.0的專利文獻公開了一種薄介質涂覆的金屬旋轉對稱目標電磁散射快速計算方法，該方法針對金屬介質混合結構，僅需對金屬部分建立電場積分方程，加快了求解速度，降低了內存消耗，但是該方法僅能對薄介質涂覆目標進行建模求解，同時該方法通過二維簡化來進行計算，僅能解決旋轉對稱目標的求解。

發表在《中國激光》上的非專利的文獻《電磁波在一維多層結構中的傳輸特性分析》介紹了一種基于傳遞矩陣的多層結構中電磁波傳輸特性建模方法，該方法可實現平行分層結構中的電磁波傳輸特性建模，但是無法處理非平行分界面的情況，而且該論文僅給出了一維多層結構的傳輸特性建模方法，未說明該方法如何擴展到三維實體模型的情況。

發表在《電子測量技術》上的非專利的文獻《粗糙面電磁波透射特征的矩量法研究》介紹了一種基于矩量法(MoM)的粗糙面下方介質中的電磁波透射建模方法，該方法可實現單層介質情況下的透射建模問題，但無法解決多層介質的透射計算，同時該方法采用矩量法等數值算法，對計算時間和計算資源(內存)的消耗較大，無法解決電大尺寸的問題。

目前，多層介質下包覆目標的電磁散射建模主要包括兩種手段：一是采用矩量法等數值方法對多層介質及其內包覆目標的電磁散射特性進行建模；另一種是將多層介質包覆目標的散射問題簡化為平行分層結構下目標的散射問題，并采用傳輸矩陣方法進行求解。其中第一種方法由于采用了矩量法等數值方法，對計算時間和計算資源(內存)的消耗較大，無法解決電大尺寸的問題。對于第二種方法，雖然提高了計算速度，但是沒有考慮電磁波在介質中的折射現象，并且無法處理非平行分界面的問題。因此，現有技術方案的適用性受到很大限制。

發明內容