[发明专利]体面剖分弹跳射线法分析金属介质目标瞬态特性的方法

说明书

本发明公开了一种体面剖分弹跳射线法分析金属介质目标瞬态特性的方法。具体步骤如下：建立金属介质混合目标的几何模型，使用四面体单元对介质体进行体剖分，使用三角形单元对金属表面进行面剖分，用来拟合目标的几何外形；为了达到弹跳射线法的理想精度，对照亮区的表面三角形单元进行细分；用射线管模拟电磁波在介质体内和金属表面的传播，追踪射线的场强和路径；当射线离开目标时，计算每根射线的瞬态散射场并累加得到总的瞬态散射信号。本发明采用体面剖分的弹跳射线法可以用于计算亚毫米波段电大尺寸金属介质混合目标瞬态散射信号，避免了在亚毫米波段未知量大的问题，所需时间少，一次计算就可以获得宽频带的RCS。

技术领域

本发明属于微波测量技术领域，特别是一种体面剖分弹跳射线法分析金属介质目标瞬态特性的方法。

背景技术

在我国国防科学研究领域里，导弹系统的设计与仿真，雷达系统的设计与鉴定以及隐身技术的研究等，均需要建立目标(如飞机、坦克等)与环境的电磁散射模型。在亚毫米波段，以坦克目标而言，工作波长远小于坦克的几何尺寸，在这种波段上的电磁散射为高频散射，往往采用弹跳射线法，而以往的弹跳射线法只能用于计算金属目标，而周围的环境及目标覆盖物往往为介质，并且忽略了目标上的一些介质结构对散射场的影响，从而导致计算结果跟真实结果误差较大。

在对这种金属介质混合目标进行电磁特性分析时，数值方法如时域有限差分法(FDTD)，体面积分方程法(VSIE)等，由于受计算时间和内存需求的限制，往往并不适合电大尺寸的情况。传统的SBR算法一般应用于计算金属或者薄涂覆目标的电磁特性，电磁波只在目标表面发生弹跳现象，当涂覆比较厚时，就不再适用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种体面剖分弹跳射线法分析金属介质目标瞬态特性的方法，通过采用体面剖分的弹跳射线法，对电大尺寸的目标与周边环境进行高效分析。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种体面剖分弹跳射线法分析金属介质目标瞬态特性的方法，步骤如下：

步骤1，建立金属介质混合目标的几何模型，使用四面体单元对介质体进行体剖分，使用三角形单元对金属表面进行面剖分，剖分单元大小要能够拟合物体的几何外形；

步骤2，对照亮区的表面三角形单元进行细分，细分后小三角形的边长为波长的1/4～1/6；

步骤3、将细分后的小三角形看作是一系列的射线管，追踪射线的场强和路径；

步骤4、当射线离开目标时，根据时域积分方程求出每根射线的时域散射场，并进行累加得到总的瞬态散射信号，从而得到目标的宽频带RCS。

进一步地，步骤3所述将细分后的小三角形看作是一系列的射线管，追踪射线的场强和路径，具体包括：

(1)四面体内的路径追踪：因为每个四面体内的介质为均匀介质，射线管在均匀介质中沿着直线传播，所以射线在四面体中的路径为一条射线；

(2)当射线照射介质分界面时，求出射线在介质分界面上的反射系数和透射系数，并求出反射方向和透射方向，然后继续对反射射线和透射射线进行路径追踪和场强追踪；

(3)当射线照射到金属表面时，利用Snell定律追踪反射射线的射线路径和时域场强信号的变化。

进一步地，步骤(1)所述四面体内的路径追踪，具体如下：

因为每个四面体内的介质为均匀介质，射线管在均匀介质中沿着直线传播，所以射线在四面体中的路径为一条射线；

当射线穿入一个四面体时，设该四面体四个顶点为射线在四面体内的入射点为射线传播的方向矢量为则射线所在的直线方程为：

要求射线穿出四面体时的交点，首先要求出射线从四面体穿出的所在面，三个候选面分别为对应的法向量分别为由此得：