[发明专利]一种运动目标时域散射回波的快速仿真建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及高速运动目标时域电磁散射特性快速计算技术领域，具体涉及一种运动目标时域散射回波的快速仿真建模方法，以获取相对运动下运动的时域散射场。

背景技术

随着短脉冲通信与超宽带雷达系统在目标探测、目标识别和遥感中的广泛应用，目标时域电磁散射的计算分析成为计算电磁学中的研究热点，时域散射特性分析的优势主要体现在三个方面：一、时域方法通过一次计算即可获取目标的宽频带特性与频域方法相比具有明显的速度优势；二、时域方法处理非线性媒质和时变媒质时更为直接、高效；三、采用时域方法可以更为直观的从瞬态响应结果中理解场的相互作用。尤其是高速运动目标的时域电磁散射特性数据可为军事探测探测和民用安检等提供直接的分析数据，具有重要的应用价值，因此，目标时域方法的巨大优势使得开展时域电磁理论和技术的深入研究显得十分必要。

关莹、龚书喜等在2011年发表在电波科学学报上的非专利文献“时域物理光学法分析均匀介质目标的瞬态散射”提出了将时域物理光学法(TDPO)应用于计算电大均匀介质目标的时域散射场。将菲涅耳反射系数应用到频域物理光学近似中，由逆傅里叶变化推导出介质TDPO的表达式。从而使TDPO能够分析电大均匀介质目标的瞬态响应。同时给出了三角面元建模下入射波的遮挡消隐方法。计算了典型目标的瞬态散射响应和宽带雷达散射截面，与其他方法求得的结构吻合较好，验证了介质TDPO的正确性。

侯海健、李大伟等在2015年发表在电波科学学报上的非专利文献“带电磁带隙结构微带天线的时域溅射特性研究”指出在微带天线上加电磁带隙结构，能够有效减小天线工作频带内的雷达散射截面，目标识别比较困难，利用时域散射波形特性，与频率RCS相结合，实现低RCS目标的测量。采用并行时域有限差分(FDTD)对带EBG结构的微带天线的时域溅射特性研究，分析了其时域散射波形形成机理。

蔡明娟、刘锋等在2007年发表在海军工程大学学报上的非专利文献“三维介质体的时域散射分析”利用时域递推方法求解了电磁场时域耦合积分方程，计算了均匀介质体的表面等效电流和表面等效磁流，得到时域散射远场并给出了详细推导过程。举例比较了将时域散射用Fourier变化后在频域的RCS和频域直接求得的RCS，以说明算法的正确性。

发明内容

本发明的目的是提供一种运动目标时域散射回波的快速仿真建模方法，解决现有技术中运动目标时域电磁散射特性数据获取速度慢、计算精度差的难题，为运动目标时域电磁散射特性数据的获取提供技术手段。

为了实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种运动目标时域散射回波的快速仿真建模方法，包含以下过程：步骤S1、确定目标的运动方式，对目标运动方式进行分解，对目标的匀速的直线运动进行分析，建立相应的相对速度坐标系，利用相对论原理分析运动对目标时域散射回波的影响。步骤S2、通过测绘获取目标几何外形，通过小贴片单元进行目标外形的网格离散，确定拟合目标整体几何外形的贴片单元组。步骤S3、建立求解目标时域散射回波的算子方程，利用时域物理光学法和时域边缘绕射模型求解运动目标时域散射回波。步骤S4、利用步骤S1中的相对速度坐标系、步骤S2中的目标贴片单元组及步骤S3中的时域散射场求解算子完成运动目标的时域散射场的仿真计算，得到运动目标的回波散射特征。

优选地，所述步骤S2中采用平面三角形单元进行目标几何外形的拟合，满足外形拟合精度的要求，目标平滑结构采用几何面元，大曲率结构采用小贴片单元进行拟合，整体网格数目≤10万。

优选地，所述利用相对论原理分析运动对目标时域散射回波的影响包含以下过程：在t＝0的时刻两坐标系的原点重合，设匀速直线运动的矢量为v，则两坐标系的时间、空间坐标的洛伦兹变换关系为：

式中，β＝v/c，β²＝β·β，α＝I+(γ-1)ββ/β²，I为单位对角矩阵；有坐标变换可知，各电磁场分量对应关系为

E′_//＝E_// E′_⊥＝γ·(E_⊥+β×cB_⊥)

B′_//＝B_// cB'_⊥＝γ·(B_⊥-β×E_⊥)

D′_//＝D_// cD'_⊥＝γ·(cD_⊥+β×H_⊥)