基于NURBS技術(shù)的電大復(fù)雜目標RCS預(yù)估技術(shù)研究.pdf

1、戰(zhàn)爭的發(fā)展從冷兵器戰(zhàn)爭開始到機械化戰(zhàn)爭，現(xiàn)如今已步入信息化、電子化戰(zhàn)爭，掌握了科技的脈搏，才能在未來戰(zhàn)爭中立于不敗之地，強大的國防才能保障國泰民安。知己知彼，百戰(zhàn)不殆，如何準確評估我方軍事設(shè)備在雷達探測下的生存能力，如何提高我方雷達對來犯敵方的探測能力？這都有待于電大復(fù)雜目標電磁特性分析平臺的支持。
　　 本文針對電大復(fù)雜目標電磁散射特性搭建了與計算機輔助設(shè)計軟件有良好接口的分析平臺，完成復(fù)雜目標從模型到輸出RCS(Radar

2、Cross section，雷達散射截面積)的預(yù)估過程。針對網(wǎng)格模型及實體模型采用點云重構(gòu)NURBS(Non-Uniform RationalB-Spline，非均勻有理B樣條)曲面模型的技術(shù)完成目標的電磁建模；針對CAM及CAD軟件設(shè)計中常用的NURBS曲面模型，通過IGES(Initial Graphics ExchangeSpecification，基本圖形轉(zhuǎn)換規(guī)范)文件提取目標NURBS參數(shù)。通過這兩種NURBS參數(shù)提取技術(shù)，構(gòu)

3、成RCS預(yù)估軟件與現(xiàn)在絕大多數(shù)CAD/CAM軟件的接口，實現(xiàn)RCS預(yù)估與外形設(shè)計的數(shù)據(jù)交流，可用以與CAD軟件互動完成電大復(fù)雜目標的外形設(shè)計聯(lián)調(diào)。NURBS曲面建模與傳統(tǒng)建模方法相比有著不可比擬的優(yōu)勢，是論文搭建平臺所采用的電磁建模技術(shù)。由于傳統(tǒng)NURBS計算采用迭代求解，計算速度受到限制，將迭代求解這種自頂向下的求解過程轉(zhuǎn)換成自下而上的直接求解，同時通過對B樣條基函數(shù)的研究，大量減少了NURBS曲面的計算消耗。將這種方法推廣至NURB

4、S曲面切矢、法矢以及兩階偏導(dǎo)的求解過程，通過所設(shè)計算例的驗證，證明了該方法及所推公式的準確性，為基于NURBS建模技術(shù)的電磁散射分析提供優(yōu)良的電磁建模手段。
　　 本文研究了復(fù)雜目標散射的三種主要散射機理，實現(xiàn)了基于NURBS建模的電磁目標散射分析。鑒于物理光學(xué)法對于處理作為威脅電大復(fù)雜目標的主要散射機理之一的直接散射類問題適用范圍相對較廣，論文采用PO(Physical Optics，物理光學(xué))方法完成NURBS曲面片的直接散

5、射計算。對于雙參數(shù)形式的曲面積分，論文所搭建平臺使用Ludwig積分完成基于NURBS表面的物理光積分。為了修正物理光學(xué)法的結(jié)果，采用物理繞射理論計算基于NURBS曲面棱邊的邊緣繞射場，以改善物理光學(xué)法的結(jié)果。在論文中，詳細研究了電磁散射計算中的基于NURBS模型的遮擋消隱算法，通過引入并修正計算機圖形學(xué)中Z-Buffer技術(shù)，完成基于NURBS建模的電磁目標遮擋消隱，為了進一步提高Z-Buffer技術(shù)對于掠入射問題的處理能力，提出了輔

6、助Z-Buffer技術(shù)，結(jié)合NURBS建模特點，實現(xiàn)目標遮擋的準確判斷。腔體結(jié)構(gòu)是威脅軍事目標生存的一大隱患，軍事目標的腔體一般為電大腔體，而且往往涂覆介質(zhì)層，采用了腔體散射技術(shù)中適用范圍較廣的SBR(Shootingand Bouncing Ray，射線彈跳法)技術(shù)完成腔體的散射計算。論文針對軍事目標腔體結(jié)構(gòu)中常見的矩形腔體及圓柱形腔體詳細討論了其射線追蹤及口徑積分特點，利用SBR方法推導(dǎo)了可用以計算電大理想導(dǎo)體矩形腔體以及電大涂覆介

7、質(zhì)層矩形腔體的RCS公式，經(jīng)過算例驗證，表明該公式具有不低于原SBR方法的精度，同時，由于采用公式形式求解，其占用資源及消耗時間大為減少，原則上說，對于矩形腔體，所推導(dǎo)的公式適用于原SBR方法適用的任何場合，不僅限于電大，但是對于電大腔體，原SBR方法分析難度非常大。論文也針對圓柱形腔體的特點，給出了其射線追蹤的一組公式，可以有效地完成腔體內(nèi)的射線追蹤，節(jié)省原SBR方法在腔體內(nèi)射線追蹤消耗的資源及計算時間。對于更為常見的端接非平面的矩形

8、腔體及圓柱形腔體，論文將求解區(qū)域分為腔體及終端兩個區(qū)域，終端區(qū)域采用NURBS描述其外形，通過公式求解入射線以及終端反射線在腔體內(nèi)的射線追蹤，通過數(shù)值方法完成終端區(qū)域入射線的射線追蹤以及口徑面上的遠場積分，最終實現(xiàn)腔體的RCS計算。對于更為復(fù)雜的腔體形式，采用NURBS描述腔體內(nèi)壁及終端結(jié)構(gòu)，采用文中提出的射線與NURBS曲面、曲線求交點的方法完成射線追蹤、場強追蹤，最終通過數(shù)值方法實現(xiàn)口徑面積分，從而得到腔體的RCS。將基于NURBS