[发明专利]一种基于介质射线追踪的多层非平行界面介质电磁散射仿真算法

说明书

本发明公开了一种基于介质射线追踪的多层非平行界面介质电磁散射仿真算法，包含以下步骤：S1、多层非平行界面介质中的射线追踪，获取多次反射交点信息；S2、多层非平行界面介质中的场强追踪，获取射线与目标及介质交点处的电场信息；S3、多层介质包覆目标的远区散射场建模，获取总散射场及雷达散射截面信息，完成多层非平行界面介质电磁散射仿真。本发明利用射线来等效电磁波在多层介质中的反射与折射，通过引入分层介质间的反射系数和透射系数，实现了多层非平行界面介质中隐伏目标的电磁散射建模，是一种行之有效的多层介质包覆目标的电磁散射建模方案。

技术领域

本发明涉及雷达目标特性建模领域，具体涉及一种基于介质射线追踪的多层非平行界面介质电磁散射仿真算法。

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，对复杂金属目标RCS的研究已日趋完善，而对多层介质包覆目标的电磁散射建模方法则有待发展。针对多层介质包覆目标，电磁波在介质中传输时会发生衰减，入射到介质分界面时会同时发生反射与折射，使得其电磁散射特性极为复杂，对其进行散射建模比较困难。因此，以多层介质包覆目标的真实散射机理为基础，建立逼真的多层介质包覆目标散射模型，具有重要意义。

申请号为201510107665.7的专利文献公开了一种分层介质粗糙面电磁散射系数的确定方法，通过建立与分层粗糙面相对应的分层平面模型，并通过引入零阶电场、相对介电常数之差以及一阶扰动场来实现分层介质粗糙面电磁散射系数的求解，该方法可实现分层介质粗糙面的后向散射建模，但是无法处理多层介质的透射问题以及多层介质包覆目标的电磁散射建模问题。

申请号为201110193676.3的专利文献公开了一种非均匀媒质可视求迹散射分析方法，是基于图形显示的计算非均匀媒质雷达散射特性的新方法，该方法通过OpenGL中的遮挡判别功能来实现射线与目标的求交运算，但是无法模拟射线在介质中发生的折射，同时无法实现射线在目标区域的多次反射求解。

申请号为201310135220.0的专利文献公开了一种薄介质涂覆的金属旋转对称目标电磁散射快速计算方法，该方法针对金属介质混合结构，仅需对金属部分建立电场积分方程，加快了求解速度，降低了内存消耗，但是该方法仅能对薄介质涂覆目标进行建模求解，同时该方法通过二维简化来进行计算，仅能解决旋转对称目标的求解。

发表在《中国激光》上的非专利的文献《电磁波在一维多层结构中的传输特性分析》介绍了一种基于传递矩阵的多层结构中电磁波传输特性建模方法，该方法可实现平行分层结构中的电磁波传输特性建模，但是无法处理非平行分界面的情况，而且该论文仅给出了一维多层结构的传输特性建模方法，未说明该方法如何扩展到三维实体模型的情况。

发表在《电子测量技术》上的非专利的文献《粗糙面电磁波透射特征的矩量法研究》介绍了一种基于矩量法(MoM)的粗糙面下方介质中的电磁波透射建模方法，该方法可实现单层介质情况下的透射建模问题，但无法解决多层介质的透射计算，同时该方法采用矩量法等数值算法，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。

目前，多层介质下包覆目标的电磁散射建模主要包括两种手段：一是采用矩量法等数值方法对多层介质及其内包覆目标的电磁散射特性进行建模；另一种是将多层介质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，并采用传输矩阵方法进行求解。其中第一种方法由于采用了矩量法等数值方法，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介质中的折射现象，并且无法处理非平行分界面的问题。因此，现有技术方案的适用性受到很大限制。

发明内容