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基于PE-PO混合方法的海洋大气波导环境下电大目标电磁散射研究

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电波科学学报 2025年第01期 29-36页

作者：余洪鑫冯菊欧阳琪翔廖成西南交通大学电磁场与微波技术研究所

针对海洋大气波导环境下电大尺寸目标电磁散射特性预测难题，提出了一种结合三维抛物方程(parabolic equation, PE)法和物理光学(physical optics, PO)法的混合计算方法。在该方法中，PE法被用于求解电磁波在背景环境中的传播，PO法被... 详细信息

针对海洋大气波导环境下电大尺寸目标电磁散射特性预测难题，提出了一种结合三维抛物方程(parabolic equation, PE)法和物理光学(physical optics, PO)法的混合计算方法。在该方法中，PE法被用于求解电磁波在背景环境中的传播，PO法被用于计算目标对雷达波的散射，同时平面波谱分解技术被引入以实现两种算法的有效衔接。为验证该方法的正确性和有效性，对平坦地面上金属球目标的散射进行了模拟，并将结果与多层快速多极子算法(multilevel fast multipole algorithm, MLFMA)和PO法的计算结果进行了对比。然后将该方法应用于不同高度蒸发波导环境下舰船目标的电磁散射预测。结果表明，所提出的PE-PO方法能够有效考虑大气波导对照射激励和目标散射过程的影响，为剖析和理解大气波导环境下电大尺寸目标的电磁散射特性提供了一种新的技术途径。

关键词：电磁散射大气波导抛物方程(PE)法物理光学(PO)法混合方法

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电磁散射问题的两种反演方法研究

物理学报 2010年第6期59卷 3905-3911页

作者：张宇杨曦苟铭江史庆藩北京理工大学理学院北京100081 北京理工大学信息与电子学院北京100081

提出了电磁散射问题的两种反演方法:确定性梯度搜索方法和MonteCarlo随机搜索方法.给出了两种方法的基本原理,并对反演性能包括对散射体的定位能力、反演精度、反演时间进行了系统的分析与比较.数值计算结果表明,确定性方法定位精确,而... 详细信息

提出了电磁散射问题的两种反演方法:确定性梯度搜索方法和MonteCarlo随机搜索方法.给出了两种方法的基本原理,并对反演性能包括对散射体的定位能力、反演精度、反演时间进行了系统的分析与比较.数值计算结果表明,确定性方法定位精确,而随机性方法对散射体电磁参数的反演精度高且速度快,利用两者优点可以增强反演效果.

关键词：电磁散射反演迭代确定性方法随机搜索

畸形波电磁散射特性分析及其特征识别标识的研究

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物理学报 2017年第13期66卷 144-153页

作者：吴庚坤宋金宝樊伟浙江大学海洋学院物理海洋研究所舟山316000

针对弱非线性的Longuet-Higgins模型在模拟强非线性畸形波海面时所存在的问题,采用修正的相位调制法模拟一维畸形波时间、空间波面,该方法能够实现畸形波的定时定点生成,并且其波形既能保持目标谱的频谱结构,又能较大程度地满足波浪序... 详细信息

针对弱非线性的Longuet-Higgins模型在模拟强非线性畸形波海面时所存在的问题,采用修正的相位调制法模拟一维畸形波时间、空间波面,该方法能够实现畸形波的定时定点生成,并且其波形既能保持目标谱的频谱结构,又能较大程度地满足波浪序列的统计特性.同时,基于改进的双尺度(TSM)法及时域有限差分法建立畸形波的电磁散射模型,经过相对平均偏差和均方根偏差误差分析后,基于TSM法研究分析了畸形波及其背景海面波的归一化雷达散射截面(NRCS)的计算结果.实验表明,合成孔径雷达成像中畸形波的NRCS比背景波要小,即畸形波的合成孔径雷达图像成像比背景波要灰暗,因此可以将NRCS作为畸形波的特征识别标识.通过分析研究不同极化方式、入射角、入射频率条件下畸形波与背景波面的电磁散射特性实验数据得出:当二者的NRCS差值大于-11.8 dB及以上时,即认为产生畸形波,这为实际的工程应用提供了参照标准.

关键词：畸形波相位调制电磁散射识别标识

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电磁散射研究中的自适应修正特征基函数法

电子与信息学报 2008年第10期30卷 2364-2368页

作者：韩国栋顾长青南京航空航天大学信息科学与技术学院南京210016

该文提出了一种新的特征基函数法——自适应修正特征基函数法(Adaptively Modified Characteristic Basis Function Method,AMCBFM)。首先在分块子域上构建初次基函数,并计算出基函数的系数以及各块的初次电流;而后用块间互阻抗、各块... 详细信息

该文提出了一种新的特征基函数法——自适应修正特征基函数法(Adaptively Modified Characteristic Basis Function Method,AMCBFM)。首先在分块子域上构建初次基函数,并计算出基函数的系数以及各块的初次电流;而后用块间互阻抗、各块的初次电流以及初次基函数系数的模来构造反映块间耦合的二次基函数,计算出其系数以及更为精确的电流,高次基函数的求解依此类推,应用一种新的精度判断方法方便地控制电流误差以停止计算更高次的基函数。讨论了不同模型时,不同特征基函数法的精度收敛性能,AMCBFM在基函数阶数较低时收敛性能优于已有的方法。还分析了在尽可能提高计算速度时分块数目与未知数个数的关系。数值结果表明,AMCBFM具有有效降低计算矩阵的尺寸,精度高,计算速度快,误差易控制等优点。

关键词：电磁散射 RCS 自适应修正特征基函数法误差控制

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电磁散射的拉格朗日乘子区域分解算法

电子学报 2007年第6期35卷 1069-1073页

作者：吕志清安翔洪伟东南大学毫米波国家重点实验室西安电子科技大学天线与微波技术国家重点实验室

针对电磁散射问题,提出了一种基于广义变分原理的区域分解算法.将原求解区域划分为若干个不重叠的子区域,引入拉格朗日乘子法以满足相邻子区域之间场的连续性要求,并建立其修正泛函,使原问题转化为求解拉格朗日乘子.研究了子区域系数矩... 详细信息

针对电磁散射问题,提出了一种基于广义变分原理的区域分解算法.将原求解区域划分为若干个不重叠的子区域,引入拉格朗日乘子法以满足相邻子区域之间场的连续性要求,并建立其修正泛函,使原问题转化为求解拉格朗日乘子.研究了子区域系数矩阵的可逆性.为了进一步提高效率,采用了重启的广义最小残量法为求解器.数值算例验证了本文方法的准确性和有效性.

关键词：电磁散射区域分解算法拉格朗日乘子

等效原理和互易性定理在两个相邻球形目标电磁散射中的应用

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物理学报 2006年第11期55卷 5815-5823页

作者：郭立新王运华吴振森西安电子科技大学理学院西安710071

基于等效原理和互易性定理研究了两个相邻目标的电磁散射问题,给出了这一复合电磁散射模型的二阶散射结果.通常平面入射波的一阶散射结果容易求解,但由于耦合效应的复杂性,很难给出二阶散射结果的解析形式.应用互易性定理给出了求解任... 详细信息

基于等效原理和互易性定理研究了两个相邻目标的电磁散射问题,给出了这一复合电磁散射模型的二阶散射结果.通常平面入射波的一阶散射结果容易求解,但由于耦合效应的复杂性,很难给出二阶散射结果的解析形式.应用互易性定理给出了求解任意相邻导体/介质目标二阶电磁散射场的公式,并利用等效原理将求解散射场公式中的体积分简化为面积分的形式,从而降低了求解难度.同时还推导了两个目标的二次散射场之间的关系.最后应用给出的公式,求解了两相邻球形目标的复合散射场,对双站散射结果进行了讨论,同时与应用时域积分方程法求得的结果进行了比较.

关键词：等效原理互易性定理电磁散射相邻圆球

基于Newmark算法的任意磁化方向铁氧体电磁散射时域有限差分分析

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物理学报 2014年第16期63卷 155-161页

作者：王飞魏兵杨谦李林茜西安电子科技大学物理与光电工程学院西安710071

利用坐标系转换矩阵给出实验室坐标系中饱和磁化铁氧体的频域磁导系数张量,再通过频域到时域的转换关系jω→?/?t得到一个二阶微分方程形式的时域本构关系.然后采用Newmark方法求解时域本构关系从而给出一种适用于处理任意磁化方向铁氧... 详细信息

利用坐标系转换矩阵给出实验室坐标系中饱和磁化铁氧体的频域磁导系数张量,再通过频域到时域的转换关系jω→?/?t得到一个二阶微分方程形式的时域本构关系.然后采用Newmark方法求解时域本构关系从而给出一种适用于处理任意磁化方向铁氧体电磁问题的Newmark时域有限差分算法.利用此算法计算了饱和磁化铁氧体层的反(透)射系数和饱和磁化铁氧体球的后向雷达散射截面,所获得的结果验证了此算法的正确有效性.

关键词： Newmark方法饱和磁化铁氧体电磁散射时域有限差分方法

基于混合场积分方程的半空间上方金属目标电磁散射特性高效分析

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物理学报 2022年第11期71卷 153-162页

作者：袁倩周培阳何姿陈学文丁大志南京理工大学电子工程与光电技术学院南京210094 华中科技大学物理学院武汉光电国家研究中心武汉430074

研究一种可以高效求解半空间金属目标电磁散射积分方程方法,电场积分方程适用于任意结构电磁问题分析,但是生成的矩阵条件数大,迭代求解收敛性差;而磁场积分方程生成的矩阵条件数小,迭代收敛性好,但是仅能分析闭合结构问题,本文采用了... 详细信息

研究一种可以高效求解半空间金属目标电磁散射积分方程方法,电场积分方程适用于任意结构电磁问题分析,但是生成的矩阵条件数大,迭代求解收敛性差;而磁场积分方程生成的矩阵条件数小,迭代收敛性好,但是仅能分析闭合结构问题,本文采用了混合场积分方程方法,同时具备电场积分方程的普适性与磁场积分方程的收敛性.由于混合场积分方程中涉及格林函数的梯度项,为了进一步加快计算效率,本文引入了一种针对半空间格林函数的高效四维空间插值方法,对组成半空间格林函数的索末菲积分进行列表和Lagrange插值,以实现高效的迭代求解,效率在传统混合场积分方程的基础上提高12.6倍.数值结果表明,该方法在保证精度的同时,可以显著降低求解问题的时间.

关键词：电磁散射混合场积分方程半空间格林函数空间插值索末菲积分

任意磁化方向铁氧体电磁散射时域有限差分分析的Z变换方法

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物理学报 2013年第8期62卷 144-149页

作者：王飞魏兵西安电子科技大学物理系西安710071

利用坐标系转换矩阵给出实验室系中饱和磁化铁氧体的频域磁化率张量,采用部分分式展开方法通过Z变换得到磁化率张量的Z域形式,给出了任意磁化方向铁氧体电磁散射的Z变换-时域有限差分算法.计算了饱和磁化铁氧体球的同极化和交叉极化后... 详细信息

利用坐标系转换矩阵给出实验室系中饱和磁化铁氧体的频域磁化率张量,采用部分分式展开方法通过Z变换得到磁化率张量的Z域形式,给出了任意磁化方向铁氧体电磁散射的Z变换-时域有限差分算法.计算了饱和磁化铁氧体球的同极化和交叉极化后向雷达散射截面,结果表明了算法的正确有效性.

关键词： Z变换饱和磁化铁氧体电磁散射时域有限差分方法