[发明专利]一种地下多层介质涂层导体圆柱的隐身设计方法

说明书

本发明公开了一种地下多层介质涂层导体圆柱的隐身设计方法，以圆柱波函数为基础提出了一种埋在地下多层介质涂层导体圆柱的电磁散射的解析解，第一次给出了计算结果，并基于遗传算法，实现了地下多层涂层导体圆柱隐身。在选取材料方面选取了更容易实现的各向同性材料，通过遗传算法进行优化，得到最优的材料和涂层厚度，从而使涂层圆柱在地面的散射强度最小。本发明适用于精确、快速的计算地下涂层柱体目标的散射特性，并拓宽了圆柱隐身的应用场合。本发明方法与其他方法相比较，有精确，快速，高效的求解柱类目标的电磁散射特性，并具有可以有效实现电磁隐身的效果。

技术领域

本发明属于电磁散射技术领域，具体涉及一种地下多层介质涂层导体圆柱的隐身设计方法。

背景技术

当电磁波遇到障碍物例如柱状介质时，在其上将感应出面电流及面电荷，这些感应电流和电荷所产生的电磁场称为散射场，这种物理现象称为电磁散射，其障碍物被称为散射体。要想实现电磁隐身，其基本思想就是“使波弯曲，绕过保护的区域，然后再弯回来沿着原本的方向传播”。2006年，J.Pendry等人提出了变换光学理论，变换光学可以被用来自由的控制电磁波的传播，其中最重要的应用就是采用的是通过各向异性介质来实现电磁隐身。同年B.Wood等人也提出来可以利用薄的、交替的金属和介质层状结构来模拟理想的各向异性材料。

2011年，余振中等人提出了要想实现在自由空间中的隐身，可以采用相对介电常数小于1的多层各向同性材料。现有技术中对地下多层介质涂层导体圆柱的散射特性的计算和实现隐身的设计方法几乎没有。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出了一种地下多层介质涂层导体圆柱的隐身设计方法，该方法与其他方法相比较，有精确，快速，高效的求解柱类目标的电磁散射特性，并具有可以有效实现电磁隐身的效果。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下所示：

一种地下多层介质涂层导体圆柱的隐身设计方法，包括如下步骤：

步骤1.计算透射波和散射波的具体表达式；

假设一TM波沿着+z轴方向在自由空间中传播，在z＝-d处垂直入射到无限大的均匀介电半空间，在z-d处存在的相对介电常数为ε_r1的介质，其中d为掩埋深度。利用无源麦克斯韦方程组和边界条件，求出入射波在z＝-d处的透射系数T和散射系数R，进而求出透射波和散射波的具体表达式。

步骤2.计算介质涂层导体圆柱外部整体的散射场；

将透射波作为介质涂层导体圆柱的入射波，并将入射波转化为圆柱坐标系下的标量波函数。将整个无限长介质涂层导体圆柱视作一个整体，多层介质涂层内部每层的场都能够视为是第一、二类贝塞尔函数的叠加形式，再在每一层利用边界条件和递推公式求出涂层圆柱外部的总散射场

步骤3.将无限长介质涂层导体圆柱的散射波再次作为入射波以垂直入射到地平面进行散射和透射，此散射波又一次作为介质涂层导体圆柱的入射波，循环往复；在整个过程中，根据介质分界面的镜像法求出在分界面上的散射波和透射波的表达式，再利用边界条件联立方程组得到局部坐标系下的散射场和全局坐标系下的透射场

步骤4.根据步骤1，2，3所述的地下多层介质涂层圆柱的计算方法，选取步骤3中的每次散射波入射到地平面所产生的透射波的总和作为适应度函数，利用遗传算法进行优化处理，计算出每层材料的最优的相对介电常数以及厚度。

进一步，步骤1.计算透射波和散射波的具体表达式；

所要求的散射系数R和透射系数T，以及在z＝-d处的散射场和透射场的具体计算如下：