[發明專利]一種稀薄大氣層內超高速目標電磁散射快速計算方法

有效

• 申請號: 201710979585.X
• 申請日: 2017-10-19
• 公開（公告）號: CN107942309B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 謝志杰;梁子長;陳方園
• 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: 朱成之

1.一種稀薄大氣層內超高速目標電磁散射快速計算方法，其特征在于，包含以下過程：

步驟S1、等離子體等效分層介質模型建模，利用等值面提取算法對高超聲速目標繞流流場數據進行分析，建立等離子體等效分層介質模型；

步驟S2、分層介質中的射線追蹤與場強追蹤，利用射線對電磁波在分層介質中的傳播過程進行模擬，并沿射線傳播路徑進行場強追蹤，獲取射線在多層介質中各個交點位置的電場信息；

步驟S3、分層介質包覆目標的遠區散射場建模，在高頻電磁波入射情況下，采用彈跳射線法對多層介質包覆目標的電磁散射特性進行建模；

針對出射射線，利用物理光學法求解其在雷達接收機方向的散射貢獻，獲取總散射場及RCS信息；

所述步驟S1進一步包含以下過程：通過采用熱化學非平衡熱環境的N-S/DSMC耦合算法實現稀薄大氣層內高超聲速目標繞流流場的建模，獲取包含壓強、碰撞頻率、溫度、電子數密度、各類氣體組分密度參數中的一種或其任意一組合在空間分布的點云信息數據；提取高超聲速目標繞流流場體數據中電子數密度分布的最大值與最小值，將其N等分，對于各分界值調用等值面提取的Marching Cubes算法，獲取等電子數密度廓面信息；利用所述等電子數密度廓面將臨近空間超高速目標繞流流場區域進行劃分，建立等離子體的等效分層介質模型。

2.如權利要求1所述一種稀薄大氣層內超高速目標電磁散射快速計算方法，其特征在于，等離子體的等離子體相對介電常數為

式中：i代表虛數單位；ω為電磁波頻率；ω_p為等離子振蕩角頻率，q_e為電子電荷，ε₀為真空介電常數，m_e為電子質量，N_e為電子數密度，其單位為cm^-3；ν為電子與中性粒子和其它粒子的碰撞頻率，純空氣中碰撞頻率與溫度、壓強的經驗關系式是ν₁＝5.82×10¹²T^-1/2P，式中T為溫度，2000K＜T＜6000K，P為壓強；

通過氣體運動論得到帶有燒蝕組分的混合氣體的碰撞頻率為：n_a為所有粒子數密度，X_i為混合氣體中每個組分的質量百分率，Q_i為每一組分電子的矩傳輸截面，k為波耳茲曼常數。

3.如權利要求1所述一種稀薄大氣層內超高速目標電磁散射快速計算方法，其特征在于，

所述射線追蹤的過程為根據雷達與目標之間的相對位置關系，設置虛擬孔徑面，從虛擬孔徑面投射射線到目標區域，記錄射線在目標區域的多次反射交點信息；

射線追蹤過程遵從Snell反射與折射定律；

射線入射到目標表面時發生全反射；射線入射到各層介質分界面時發生分裂，根據各層介質的介電常數求解各層介質的折射率，在各層分界面處調用Snell定律求解反射射線與折射射線，并進行遞歸追蹤，直到射線射出目標區域返回雷達接收機為止。