起伏地势背景下目标复合电磁散射分析

作     者：赵友祺 

作者单位：西安电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吕志清

授予年度：2022年

学科分类：0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：起伏地势背景 电磁散射 模型建模 高频近似算法 复合散射特征分析 

摘      要：不同环境下的复合散射分析是目前研究的热点问题。起伏地势环境是一种常见的陆地环境,它是由多种随机粗糙面组成的模型,会产生比较复杂的地面散射杂波,这对军用雷达探测、电磁目标隐身和民用卫星遥感等领域提出了挑战。本文使用sigmoid边界过渡函数建立了一套起伏地势的理想导体简化模型,仿真分析其散射特性,并以起伏地势为背景,分析常见目标的复合电磁散射特征,为实际应用提供一定的理论基础,为工程应用提供仿真实例。主要工作内容有以下三个方面:一,对起伏地势背景进行了分析研究。首先,研究了随机粗糙地面的统计特征和建模的数学理论,使用蒙特卡罗法生成随机粗糙面的几何模型,并分析了参数变化对粗糙度的影响;其次,针对不同起伏地势的典型地面参数,依据不同参量建立相应模型;最后,针对起伏地势的复杂情况,使用过渡函数结合数学变换方法建立理想导体材质的单倾斜起伏面、凹凸型起伏面和双直线型起伏面,结合不同的典型地面参量特征,得到了一套起伏地势的简化模型。二,研究了起伏地势背景的散射特征。首先介绍物理光学法(Physical Optics,PO)的计算原理和数据处理方法,并给出了一种简单实用的遮挡判断算法;其次基于该方法计算了圆盘模型、立方体模型和随机粗糙面模型的散射结果,并与商业软件FEKO中PO算法的计算结果进行比较,验证了算法的可靠性;最后,针对起伏地势的简化模型,分析了三种典型地面环境参量和建模方法的不同对起伏地势电磁散射特性的影响。三,研究了目标在起伏地势下的复合电磁散射特征。针对复合散射情况,给出MoM-PO混合算法修正阻抗矩阵法和迭代法的求解过程,基于该方法仿真分析了三种情况下的复合散射问题。第一,针对简单模型的复合散射问题,分析了小立方体与局部起伏背景之间、大立方体与单斜坡起伏面之间的复合散射特征,对于后一种情况,还讨论了入射角度、目标观测面以及目标放置位置的变化对复合散射特征的影响;第二,针对单斜坡粗糙面与战车的复合散射问题,分析了单斜坡面的倾斜角度、粗糙度以及战车与斜坡粗糙面的距离等因素的变化对复合散射特征的影响;第三,计算并分析了导弹分别与裸土粗糙平面、单斜坡粗糙面和双直线型粗糙面复合的散射结果,其中针对低空导弹与双直线型起伏面复合的模型,分析了改变导弹的悬空高度、解体状态对复合散射造成的影响,为以后的实际应用提供经验分析及规律。