[发明专利]一种稀薄大气层内超高速目标电磁散射快速计算方法

说明书

本发明公开了一种稀薄大气层内超高速目标电磁散射快速计算方法，包含以下过程：等离子体等效分层介质模型建模，利用等值面提取算法对高超声速目标绕流流场数据进行分析，建立等离子体等效分层介质模型；分层介质中的射线追踪与场强追踪，利用射线对电磁波在分层介质中的传播过程进行模拟，并沿射线传播路径进行场强追踪，获取射线在多层介质中各个交点位置的电场信息；分层介质包覆目标的远区散射场建模，在高频电磁波入射情况下，可采用弹跳射线法对多层介质包覆目标的电磁散射特性进行建模；针对出射射线，利用物理光学法求解其在雷达接收机方向的散射贡献，获取总散射场及RCS信息。本发明具有扩大适用性范围的优点。

技术领域

本发明涉及雷达目标特性建模领域，具体涉及一种稀薄大气层内等离子体包覆目标的电磁散射建模方法。

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，而对于稀薄大气层内超高速目标的电磁散射建模方法则有待发展。当超高速目标运行于稀薄大气层内时，由于强烈的激波压缩和粘性摩擦作用，其周围的温度迅速升高，使空气发生离解和电离，形成包覆目标的激波等离子体。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，对其进行散射建模比较困难。因此，以激波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。

在现有技术中，发明专利“一种非均匀媒质可视求迹散射分析方法”(申请号：201110193676.3)中公开了一种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等离子体中发生的折射，同时无法实现射线在目标及等离子体区域的多次反射求解。

发明专利“超高速飞行目标的电磁散射分析方法”(申请号：201310136199.6)中公开了一种超高速飞行目标的电磁散射分析方法。该方法针对包裹在超高速飞行目标周围等离子体的非均匀特性，采用体面积分方程方法进行分析，并通过网格的自适应加密处理，提高计算精度。该方法属于数值计算方法，其内核为多层快速多极子，其计算速度和资源消耗较大，无法实现电大尺寸问题的求解。

发明专利“一种分析等离子体电磁散射特性的时域积分方程方法”(申请号：201410749015.8)中公开了一种等离子体电磁散射特性的时域积分方程方法。该方法通过离散物体模型，使用自由空间格林函数及递归卷积方法，可以分析非均匀等离子体目标的电磁散射特性。该方法属于数值计算方法，虽然可获得等离子体电磁散射的精确解，但是计算速度和资源消耗较大，无法实现电大尺寸问题的求解。

2004年《物理学报》杂志中公开的文献《等离子体覆盖三维立方体目标RCS的FDTD分析》介绍了一种等离子体的时域有限差分分析方法。该方法采用FDTD对等离子体的散射特性进行分析，计算过程比较耗时，无法实现对电大尺寸问题的求解。

2012年《核聚变与等离子体物理》杂志中公开的文献《斜入射电磁波在非均匀碰撞等离子体中的折射和反射特性》介绍了一种等离子体中等效折射、反射系数的求解方法。文中以一维非均匀碰撞吸收型等离子体为例，对斜入射电磁波的折射、反射特性进行了分析，但未说明如何将该方法扩展到复杂外形等离子体包覆目标的散射求解中。