[发明专利]一种基于时域弹跳射线法的等离子体电磁散射建模方法

说明书

一种基于时域弹跳射线法的等离子体电磁散射建模方法，利用射线来模拟电磁波在多层等离子体中的反射与折射，并通过对射线的场强追踪和远场求解实现等离子体包覆目标的电磁散射建模，是一种行之有效的稀薄大气层超高速目标电磁散射建模方案，可实现等离子体包覆目标宽带散射特性的快速建模，极大扩展了适用范围。

技术领域

本发明涉及电磁散射建模领域，尤其涉及一种基于时域弹跳射线法的等离子体电磁散射建模方法。

背景技术

目标的雷达散射截面(Radar Cross Section，RCS)是雷达探测技术、隐身和反隐身技术的一个重要特征参数，是表征目标散射特性的一个最基本的参数。RCS分析预估是根据各种电磁散射理论研究场景产生散射场的各种机理，并且利用各种近似计算方法和计算机技术定量估计目标的电磁散射特性。目前，对于静态目标本体的RCS研究已日趋完善，而对于等离子体包覆目标的电磁散射建模方法则有待发展。高速飞行器在飞行过程中与空气产生剧烈摩擦，温度达到上千甚至数千摄氏度，空气分子被高温激发电离产生“等离子鞘套”。再入目标包覆的等离子体是不均匀的弯曲等离子体层，入射雷达波在激波等离子体中传播时，会伴随发生衰减、反射、折射等现象。同时，临近空间目标高超声速飞行，其边界层存在湍流现象，由此引起的等离子鞘套参数具有时变特性，对其进行散射建模比较困难。因此，以等离子体包覆目标的真实散射机理为基础，建立逼真的等离子体包覆目标散射模型，具有重要意义。

目前，等离子体包覆目标的电磁散射建模主要包括两种手段：一是采用有限差分或积分方程方法等数值方法对等离子体包覆目标的电磁散射特性进行建模；另一种是将等离子体包覆目标的散射问题简化为平行分层结构下目标的散射问题。其中第一种方法由于采用了时域有限差分或积分方程等数值方法，对计算时间和计算资源(内存)的消耗较大，无法解决电大尺寸的问题。对于第二种方法，虽然提高了计算速度，但是没有考虑电磁波在等离子体中的折射现象以及等离子体鞘套的非均匀特性的影响，并且该方法只能点频计算，无法实现宽带散射特性的快速建模。因此，现有技术方案的适用性受到很大限制。

发明内容

本发明提供一种基于时域弹跳射线法的等离子体电磁散射建模方法，可实现等离子体包覆目标宽带散射特性的快速建模，极大扩展了适用范围。

为了达到上述目的，本发明提供一种基于时域弹跳射线法的等离子体电磁散射建模方法，包含以下步骤：

步骤S1、在时变等离子体中进行射线追踪和场强追踪；

根据俯仰角、方位角和目标形状信息确定虚拟孔径面，从虚拟孔径面向目标区域投射射线，利用射线对电磁波在时变等离子体中的传播过程进行模拟，对射线进行递归追踪，获取射线在目标区域的多次反射交点信息，并沿射线路径进行场强追踪，获取射线在多层介质中各个交点位置的电场信息；

步骤S2、进行远场区时域积分求解等离子体包覆目标的宽带散射场；

针对出射射线，利用远场区时域积分求解其在雷达接收机方向的时域散射贡献，获取总散射场，实现等离子体包覆目标的宽带散射场的快速建模。

所述的进行射线追踪和场强追踪的方法包含以下步骤：

对于等离子体绕流流场区域普通层，等离子体相对介电常数是一复数，即：

式中：ω为电磁波频率；ω_p为等离子振荡角频率，q_e为电子电荷，ε₀为真空介电常数，m_e为电子质量，N_e为电子数密度(cm^-3)；ν为电子与中性粒子和其它粒子的碰撞频率，纯空气中碰撞频率与温度、压力的经验关系式是ν＝5.82×10¹²T^-1/2P，式中T为温度，2000K＜T＜6000K，P为压强；

等离子中电磁波的波矢是一复数，即k＝β-iα，