[發(fā)明專利]一種等離子體包覆目標(biāo)的近場(chǎng)電磁散射建模方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011203369.4
• 申請(qǐng)日: 2020-11-02
• 公開（公告）號(hào): CN112380643B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝志杰;賈潔姝;高偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海無線電設(shè)備研究所
• 主分類號(hào): G06F30/17
• 分類號(hào): G06F30/17;G06F30/20
• 代理公司: 上海元好知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31323
• 代理人: 張妍;徐雯瓊

本發(fā)明公開了一種等離子體包覆目標(biāo)的近場(chǎng)電磁散射建模方法，包括以下步驟：步驟1：發(fā)射入射射線進(jìn)行射線投射，獲得多次反射射線和折射射線；步驟2：根據(jù)入射射線、多次反射射線和折射射線進(jìn)行近場(chǎng)射線追蹤計(jì)算，獲得多次反射射線的邊矢量和折射射線的邊矢量；步驟3：根據(jù)入射射線、多次反射射線和折射射線進(jìn)行近場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)追蹤計(jì)算，獲得入射場(chǎng)強(qiáng)、反射場(chǎng)強(qiáng)和折射場(chǎng)強(qiáng)；步驟4：進(jìn)行近場(chǎng)積分計(jì)算，獲得散射電場(chǎng)貢獻(xiàn)值。此發(fā)明解決了近場(chǎng)電磁散射等離子體包覆目標(biāo)適用性受限的問題，將等離子體等效為分層介質(zhì)并將近場(chǎng)的發(fā)散及傳輸衰減等效應(yīng)引入到等離子體包覆目標(biāo)的彈跳射線法中，實(shí)現(xiàn)了等離子體包覆目標(biāo)的近場(chǎng)電磁散射建模，極大擴(kuò)展了適用范圍。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電磁散射建模技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種等離子體包覆目標(biāo)的近場(chǎng)電磁散射建模方法。

背景技術(shù)

雷達(dá)散射截面是定量表征目標(biāo)散射強(qiáng)弱的物理量，即目標(biāo)對(duì)入射雷達(dá)波的有效散射截面積，通常簡(jiǎn)稱為目標(biāo)的雷達(dá)散射截面(Radar?Cross?Section，RCS)，它是目標(biāo)的一種假想面積。RCS分析預(yù)估是根據(jù)各種電磁散射理論研究場(chǎng)景產(chǎn)生散射場(chǎng)的各種機(jī)理，并且利用各種近似計(jì)算方法和計(jì)算機(jī)技術(shù)定量估計(jì)目標(biāo)的電磁散射特性。目前，對(duì)于目標(biāo)本體的遠(yuǎn)場(chǎng)RCS研究已日趨完善，而對(duì)于等離子體包覆目標(biāo)在近場(chǎng)條件下的散射建模方法則有待發(fā)展。入射雷達(dá)電磁波在激波等離子體中傳播時(shí)，會(huì)伴隨發(fā)生衰減、反射、折射等現(xiàn)象，傳輸與散射過程非常復(fù)雜，同時(shí)近場(chǎng)條件的引入也會(huì)進(jìn)一步加大散射建模的困難度。因此，以等離子體包覆目標(biāo)的真實(shí)散射機(jī)理為基礎(chǔ)，建立逼真的等離子體包覆目標(biāo)近場(chǎng)電磁散射模型，具有重要意義。

在國(guó)家發(fā)明專利1：一種稀薄大氣層內(nèi)超高速目標(biāo)電磁散射快速計(jì)算方法，申請(qǐng)?zhí)枮椋?01710979585.X，提出了一種等離子體包覆目標(biāo)的高頻電磁散射建模方法。該方法將等離子體等效為分層介質(zhì)，并利用多層介質(zhì)中的射線追蹤實(shí)現(xiàn)等離子體包覆目標(biāo)的電磁散射建模；但該計(jì)算方法是基于均勻平面波假設(shè)，無法處理近場(chǎng)條件下的電磁散射問題。

在國(guó)家發(fā)明專利2：高超聲速飛行器等離子體鞘套與電磁波相互作用預(yù)測(cè)方法，申請(qǐng)?zhí)枮椋?01611033297.7，提出了一種基于等離子體鞘套分層模型的等離子體電磁傳播預(yù)測(cè)方法。該方法實(shí)質(zhì)是通過平行分層結(jié)構(gòu)模擬非均勻等離子體的空間分布，并通過傳輸矩陣方法實(shí)現(xiàn)等離子體透射的計(jì)算，無法對(duì)非平行分層結(jié)構(gòu)等離子體包覆目標(biāo)的散射特性進(jìn)行計(jì)算，且未考慮近場(chǎng)效應(yīng)的影響。

在國(guó)家發(fā)明專利3：超高速飛行目標(biāo)的電磁散射分析方法，申請(qǐng)?zhí)枮椋?01310136199.6，公開了一種超高速飛行目標(biāo)的電磁散射分析方法。該方法針對(duì)包裹在超高速飛行目標(biāo)周圍等離子體的非均勻特性，采用體面積分方程方法進(jìn)行分析，并通過網(wǎng)格的自適應(yīng)加密處理，提高計(jì)算精度。該方法屬于數(shù)值計(jì)算方法，其內(nèi)核為多層快速多極子，其計(jì)算速度和資源消耗較大，無法實(shí)現(xiàn)電大尺寸問題的求解，且未描述如何處理近場(chǎng)效應(yīng)的影響。

文獻(xiàn)1：2010年南京理工大學(xué)公開的學(xué)位論文《高頻方法的改進(jìn)及在等離子體涂覆中的應(yīng)用》介紹了一種等離子體涂覆目標(biāo)近場(chǎng)電磁散射建模的高頻近似方法。該方法通過平行分層結(jié)構(gòu)模擬等離子體的空間分布，并通過傳輸矩陣方法實(shí)現(xiàn)等離子體透射的計(jì)算，無法對(duì)非平行分層結(jié)構(gòu)等離子體包覆目標(biāo)的散射特性進(jìn)行計(jì)算。

文獻(xiàn)2：2012年《核聚變與等離子體物理》雜志中公開的文獻(xiàn)《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(shù)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(duì)斜入射電磁波的折射、反射特性進(jìn)行了分析，但未說明如何將該方法擴(kuò)展到復(fù)雜外形等離子體包覆目標(biāo)的散射求解中。

綜上分析可知，雖然國(guó)內(nèi)外多家單位針對(duì)等離子體包覆目標(biāo)的問題開展了電磁散射建模方法研究，研究方向涵蓋基于時(shí)域有限差分法(FDTD)的等離子體的數(shù)值建模方法、基于傳輸矩陣的平行分層等離子體散射建模方法等。但現(xiàn)有研究多是針對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)情況下開展的。在近場(chǎng)電磁波入射條件下，均勻平面波假設(shè)不再成立，此時(shí)需要考慮電磁波傳播過程的發(fā)散性等近場(chǎng)效應(yīng)的影響，將極大增加建模的難度。