[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

本發明公開了一種稀薄大氣層內超高速目標電磁散射快速計算方法，包含以下過程：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；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；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，可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。本發明具有擴大適用性范圍的優點。

技術領域

本發明涉及雷達目標特性建模領域，具體涉及一種稀薄大氣層內等離子體包覆目標的電磁散射建模方法。

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，對于靜態目標本體的RCS研究已日趨完善，而對于稀薄大氣層內超高速目標的電磁散射建模方法則有待發展。當超高速目標運行于稀薄大氣層內時，由于強烈的激波壓縮和粘性摩擦作用，其周圍的溫度迅速升高，使空氣發生離解和電離，形成包覆目標的激波等離子體。再入目標包覆的等離子體是不均勻的彎曲等離子體層，入射雷達波在激波等離子體中傳播時，會伴隨發生衰減、反射、折射等現象，對其進行散射建模比較困難。因此，以激波等離子體包覆目標的真實散射機理為基礎，建立逼真的等離子體包覆目標散射模型，具有重要意義。

在現有技術中，發明專利“一種非均勻媒質可視求跡散射分析方法”(申請號：201110193676.3)中公開了一種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等離子體中發生的折射，同時無法實現射線在目標及等離子體區域的多次反射求解。

發明專利“超高速飛行目標的電磁散射分析方法”(申請號：201310136199.6)中公開了一種超高速飛行目標的電磁散射分析方法。該方法針對包裹在超高速飛行目標周圍等離子體的非均勻特性，采用體面積分方程方法進行分析，并通過網格的自適應加密處理，提高計算精度。該方法屬于數值計算方法，其內核為多層快速多極子，其計算速度和資源消耗較大，無法實現電大尺寸問題的求解。

發明專利“一種分析等離子體電磁散射特性的時域積分方程方法”(申請號：201410749015.8)中公開了一種等離子體電磁散射特性的時域積分方程方法。該方法通過離散物體模型，使用自由空間格林函數及遞歸卷積方法，可以分析非均勻等離子體目標的電磁散射特性。該方法屬于數值計算方法，雖然可獲得等離子體電磁散射的精確解，但是計算速度和資源消耗較大，無法實現電大尺寸問題的求解。

2004年《物理學報》雜志中公開的文獻《等離子體覆蓋三維立方體目標RCS的FDTD分析》介紹了一種等離子體的時域有限差分分析方法。該方法采用FDTD對等離子體的散射特性進行分析，計算過程比較耗時，無法實現對電大尺寸問題的求解。

2012年《核聚變與等離子體物理》雜志中公開的文獻《斜入射電磁波在非均勻碰撞等離子體中的折射和反射特性》介紹了一種等離子體中等效折射、反射系數的求解方法。文中以一維非均勻碰撞吸收型等離子體為例，對斜入射電磁波的折射、反射特性進行了分析，但未說明如何將該方法擴展到復雜外形等離子體包覆目標的散射求解中。