[发明专利]一种计算蜂窝复合材料目标电磁散射的方法

说明书

本发明涉及雷达技术领域，公开了一种计算蜂窝复合材料目标电磁散射的方法，包括以下步骤：S1、根据强干扰理论确定蜂窝复合材料的等效介电常数和等效磁导率；S2、根据等效介电常数和等效磁导率，采用广义传播矩阵法确定带有PEC基板的蜂窝复合材料在不同入射角下的反射系数；S3、根据反射系数计算入射电磁波在蜂窝复合材料目标表面产生的感应电流，采用物理光学积分法确定每次反射时产生感应电流的散射场，叠加得到总散射场，这种计算方法，能够简化复杂蜂窝状复合材料的散射场的计算，在良好的精度下大大降低计算成本。

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，特别涉及一种计算蜂窝复合材料目标电磁散射的方法。

背景技术

如今，蜂窝复合材料因其高强度-重量比，耐高温性和高微波吸收性而广泛用于航空航天和飞行器设计领域。因此，蜂窝结构覆盖的目标电磁散射成为重要的课题。克服此问题有三个挑战。第一，蜂窝复合材料的成分复杂度高，所以很难描述其电磁参数。第二，蜂窝的精细结构需要大量的网格来描述其几何轮廓，这些网格将导致电磁仿真中巨大的计算量。第三，每个六边形蜂窝是电小尺寸，而目标通常是电大尺寸，解决具有不同网格尺寸的多尺度问题是一个巨大的挑战。所有这些问题使人们非常关注如何从具有复合材料的目标中有效地建立散射模型。

在电磁散射领域中，所有的模拟方法都可以分为两类：数值方法(例如矩量法(MoM)，时域有限差分法(FDTD)，有限元方法(FEM)等)和高频方法(例如物理光学(PO)，弹跳射线法(SBR)，迭代物理光学(IPO)等)。目标和复杂的蜂窝都将在网格划分中产生大量未知，处理这些未知数远远超出了数值方法的能力。因此，高频方法更为实用，在高频法中，SBR被广泛用于解决复杂目标的散射。然而，在这个问题中，蜂窝单元电尺寸很小，每个单元的长度仅为约2-4毫米，高频方法在解决电小问题时不够精确。而且，蜂窝内壁中通常涂有损耗材料。每当射线撞击界面时，它将分成两束射线(反射射线和透射射线)。这将大大增加计算成本。

为了克服上述问题，我们提出了一种从蜂窝复合材料覆盖的目标上获得散射特性的新方法。根据等效原理，周期性蜂窝结构可以用强干涉理论等效为具有一定介电常数和磁导率的介质层。然后通过广义传播矩阵法推导了各向异性材料在每个入射角的反射系数。然后将得到的反射系数代入SBR方法中，得到覆盖蜂窝复合材料的目标雷达散射截面。这样，可以简化复杂蜂窝状复合材料的散射计算，在良好的精度下大大降低计算成本。

发明内容

本发明提供一种计算蜂窝复合材料目标电磁散射的方法，能够简化复杂蜂窝状复合材料的散射场的计算，在良好的精度下大大降低计算成本。

本发明提供了一种计算蜂窝复合材料目标电磁散射的方法，包括以下步骤：

S1、根据强干扰理论确定蜂窝复合材料的等效介电常数和等效磁导率；

S2、根据等效介电常数和等效磁导率，采用广义传播矩阵法确定带有PEC(PerfectlyElectricalConductor)基板的蜂窝复合材料在不同入射角下的反射系数；

S3、根据反射系数计算入射电磁波在蜂窝复合材料目标表面产生的感应电流，采用物理光学积分法确定每次反射时产生感应电流的散射场，叠加得到总散射场。

上述步骤S1计算等效介电常数和等效磁导率的方法为：

将蜂窝看作具有等效介电常数ε＝diag(ε_⊥,ε_⊥,ε_||)和等效磁导率μ＝diag(μ_⊥,μ_⊥,μ_||)的单轴介质，垂直于蜂窝轴线方向的等效介电常数ε_⊥和平行于蜂窝轴线方向的等效介电常数ε_||分别表示为：

ε_||＝(1-t/a)²ε_z+t/a·(2-t/a)ε_a