復(fù)雜目標(biāo)電磁散射的FDTD改進(jìn)算法與測試技術(shù).pdf

1、隱身與反隱身對抗在現(xiàn)代電子戰(zhàn)中的地位極其重要，目標(biāo)的電磁散射特性研究是設(shè)計(jì)開發(fā)隱身武器裝備、反隱身雷達(dá)系統(tǒng)和武器作戰(zhàn)評估的基礎(chǔ)。為了獲取目標(biāo)電磁散射特性的數(shù)據(jù)，需要通過理論計(jì)算和試驗(yàn)測試的手段來完成，尤其是復(fù)雜目標(biāo)還要進(jìn)行比對驗(yàn)證，才能獲得可信度更高的數(shù)據(jù)。本文正是圍繞這兩個方面開展研究，在理論計(jì)算方面，本文對傳統(tǒng)時域有限差分算法的改進(jìn)變形，削弱了該算法的穩(wěn)定性條件，降低了計(jì)算內(nèi)存，提高了運(yùn)算效率，然后在此基礎(chǔ)上，使用改進(jìn)算法對某型飛機(jī)

2、的電磁散射特性進(jìn)行了仿真計(jì)算;在試驗(yàn)測試方面，探索研究了外場靜態(tài)、動態(tài)RCS測試的方法，并將GPS反演誤差改正方法應(yīng)用于獲取被測目標(biāo)的準(zhǔn)確位置，提高了測試數(shù)據(jù)的置信度，降低了試驗(yàn)成本。最后將仿真數(shù)據(jù)與試驗(yàn)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比分析，兩者的吻合度較好，從而證明用本文所提出的方法來獲取復(fù)雜目標(biāo)電磁散射特性的可行性。論文的主要內(nèi)容包括以下幾個方面:
　　1.研究了時域有限差分FDTD算法的基本原理和計(jì)算時要涉及到的關(guān)鍵性要素，并分析了PML

3、、UPML、CPML在FDTD算法中的吸波性能，確定將CPML吸收邊界條件引入到后續(xù)算法的研究中。
　　2.提出了交替方向隱式減縮時域有限差分算法（ADI-R-FDTD方法），詳細(xì)推導(dǎo)了二維TE波、三維電磁波中ADI-R-FDTD的基本差分方程，并對其穩(wěn)定性條件和數(shù)值色散進(jìn)行了研究。將基于輔助場的復(fù)頻域完全匹配層(CFS-PML)引入到ADI-FDTD算法中，提出了ADI-CPML，并比較了ADI-CPML與其它吸收邊界條件對外向

4、波的吸收性能差異。將ADI-CPML與ADI-R-FDTD算法進(jìn)行了結(jié)合，通過算例說明了ADI-R-FDTD算法在內(nèi)存占有量和計(jì)算時間上優(yōu)于傳統(tǒng)的FDTD算法和ADI-FDTD算法。
　　3.提出了混合顯隱式時域有限差分算法（HIE-FDTD方法），詳細(xì)推導(dǎo)了二維TE波、三維電磁波中HIE-FDTD方法的基本差分方程。將基于輔助場的復(fù)頻域完全匹配層(CFS-PML)引入到HIE-FDTD算法中，推導(dǎo)了其在2維TE波、3維電磁波中的

5、具體差分實(shí)現(xiàn)，并比較了CPML-HIE與其它不同吸收邊界條件對外向波吸收性能的差異。將HIE-FDTD引入到周期結(jié)構(gòu)電磁散射特征的計(jì)算中，針對周期邊界帶來的非三對角對稱問題，使用了Sherman-Morrison公式，將大型稀疏矩陣方程轉(zhuǎn)化成三對角方程進(jìn)行求解，簡化了計(jì)算復(fù)雜度。
　　4.提出了全尺寸實(shí)時校正地平場測量方式，在相對標(biāo)校的基礎(chǔ)上，通過設(shè)定距離波門實(shí)現(xiàn)了對標(biāo)準(zhǔn)體的同步測試，減少了標(biāo)校和測試時間的不同步性造成的誤差。在測

6、試時采用了基于單頻反演誤差改正方法，獲取了更精確的RCS測量數(shù)據(jù)，降低了測試成本。實(shí)施測量獲取了目標(biāo)的全尺寸靜態(tài)RCS數(shù)據(jù);通過規(guī)劃飛機(jī)的飛行航線，有效降低了動態(tài)測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的復(fù)雜性，給出了動態(tài)測量流程，實(shí)施測量獲取了目標(biāo)的全尺寸動態(tài)RCS數(shù)據(jù)。
　　5.建立了該型飛機(jī)的ADI-R-FDTD算法及HIE-FDTD算法的計(jì)算模型，獲取了其雷達(dá)散射截面(RCS)仿真數(shù)據(jù)，比較了兩種算法的相對計(jì)算精度和計(jì)算效率，并將兩種算法的計(jì)算結(jié)果與