[发明专利]一种计算高速微动类球头柱体目标的电磁散射特性方法

摘要

本方法公开了一种分析高速微动的类球头柱体金属目标电磁散射特性的计算方法。基于软件Visual studio 2015和Fortran 2016计算机语言，生成类球头柱体高速微动目标网格模型。依次建立静止坐标系S，目标初始位置和方位的坐标系P，目标自身运动的坐标系M和最终与高速微动的目标相对静止的运动坐标系S'。在运动坐标系下采用FDTD计算出目标的电磁散射，逆顺序将目标的散射场转换到M坐标系进行电场值磁场值的对齐外推，然后将电场磁场值从M坐标系转换到P坐标再到坐标系S，便得到S坐标系下的类球头柱体高速微动目标的电磁散射。本发明可以计算高速微动类球头柱体目标的散射场和目标的特性分析。

主权项

1.一种计算高速微动类球头柱体目标的电磁散射特性方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：建立类球头柱体高速微动目标网格模型；步骤二：设目标的速度为v，初始位置为原点；目标在运动时，设目标的滚转角为ψ，俯仰角为θ，偏航角为目标的章动频率为f₁,进动频率为f₂，旋转频率为f₃；定义类球头柱体轴线方向为x轴方向，径向方向为y轴方向，与x轴、y轴均垂直的方向为z轴方向；俯仰角为θ目标坐标系x轴与水平面的夹角，偏航角为目标坐标系x轴在水平面上投影与地面坐标系xg轴之间的夹角，滚转角ψ为目标坐标系z轴与通过目标x轴的铅垂面间的夹角，目标向右滚为正，反之为负；步骤三：将模型中的目标转换为相对静止的目标进行计算，依次建立四个坐标系，包括以下子步骤：子步骤一：将目标水平放置，以目标的质心为原点，垂直方向为z轴，沿半球方向为‑y轴，建立静止坐标系S；子步骤二：将目标的速度v代入坐标系S中，得到新的坐标系P，且S坐标系到P坐标系的转换矩阵为其中φ_v为运动方向相对于速度方向在x_Sy_S(s坐标系下的x轴y轴组成的平面)平面的投影与x_S轴(S坐标系的x轴)之间的方位角，为运动方向相对于速度方向的仰角(以速度方向建立坐标系)；子步骤三：将子步骤二中的坐标系P进行洛伦兹变换，得到相对静止的坐标系M，洛伦兹转换矩阵为设为LT；上式(2)中v_x,v_y,v_z分别为目标沿x轴,y轴,z轴的速度的分量，c为光速，β＝v/c；子步骤四：将滚转角ψ，俯仰角θ，和偏航角代入子步骤三中的坐标系M中，得到与目标保持相对静止的运动坐标系S',由坐标系M到S'的转换矩阵为由于章动,进动和旋转的影响，滚转角ψ，俯仰角θ，和偏航角是随时间变化的，变化规律为其中ψ₀为初始滚转角，θ_p为进动角，θ_m为最大章动角，为初始偏航角，ω₁为章动角频率，ω₂为进动角频率，ω₃为旋转角频率，其中ω₁＝2πf₁，ω₂＝2πf₂，ω₃＝2πf₃。子步骤五：矩阵Rmic、矩阵LT和矩阵Rini依次相乘得到矩阵B，B＝Rini×LT×Rmic，设B矩阵的逆矩阵为矩阵F；步骤四，定义静止坐标系S下的入射波幅值E₀，频率f以及入射波照射到目标上的入射角θ_is,经依次转换后的入射波的幅值为E₀′，频率为f_s′，入射角度为θi′_s,步骤五：运用FDTD算法,计算运动坐标系S'中电场与磁场步骤六：将步骤五得到的电场与磁场通过矩阵Rmic转换到坐标系M中，得到新的电场与磁场并将得到的电场与磁场外推对齐坐标得到新的电场与磁场步骤七：将步骤六得到运动坐标系S'的电场与磁场经过两次转换(M→P→S)到S坐标系，即得到类球头柱体高速微动的电场与磁场步骤八：将得到类球头柱体高速微动的电磁散射场进行能量计算和傅里叶变换、滤波的处理，得到其频率分布。