[发明专利]一种基于射线追踪的复杂结构目标电磁散射仿真方法

说明书

本发明公开了一种基于射线追踪的复杂结构目标电磁散射仿真方法，包括：步骤S1：建立结构型透波材料的传输散射特性数据点表；步骤S2：建立复杂结构目标的几何模型，并对所述复杂结构目标的几何模型进行分析；步骤S3：将所述结构型透波材料目标部件的几何特性由一个平面进行表征；步骤S4：复杂结构目标的射线追踪求解，本发明通过预先获得的结构型透波材料的传输散射特性数据点表来等效复杂目标中结构型介质透波材料对电磁波的影响，避免了单层或多层结构型介质透波材料而引起的复杂计算，扩展了适用范围，适用于复杂外形目标，同时加快了建模时的求解效率。

技术领域

本发明设计电磁散射建模技术领域，具体涉及一种基于射线追踪的复杂结构目标电磁散射仿真方法。

背景技术

雷达散射截面(Radar Cross Section，RCS)是定量表征目标散射强弱的物理量，即目标对入射雷达波的有效散射截面积，它是目标的一种假想面积。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。目前对于理想导体(PEC)目标的高频RCS研究已日趋完善，但对于包含复杂材料与结构目标，如预警机天线罩及其内天线、机动车辆车窗玻璃及其内部结构，其高频电磁散射建模方法还有待进一步完善。入射雷达电磁波在遇到天线罩及车窗玻璃等透波材料结构时，会同时发生反射与折射现象，传输与散射过程非常复杂，建模难度较大。因此，以含复杂材料结构目标的真实散射机理为基础，建立逼真的含复杂材料结构目标的一体化电磁散射模型，具有重要的意义。

现有技术中对含复杂材料和结构目标的问题开展了电磁散射建模方法研究，研究方向涵盖物理光学、射线追踪等高频算法，以及多层快速多极子等数值算法等。但现有研究多是针对薄层介质涂覆目标，仅有的几篇针对天线罩等透波结构散射的文献也存在几何外形较小和求解效率过低等限制，无法推广到带罩预警机和含玻璃窗机动车等大尺寸复杂外形目标，使得现有技术方案的适用性受到很大限制。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种基于射线追踪的复杂结构目标电磁散射仿真方法。此方法旨在解决现有技术中无法推广到大尺寸复杂外形目标的电磁散射建模，使得电磁散射建模现有技术方法的适用性受限的问题。

为达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种基于射线追踪的复杂结构目标电磁散射仿真方法，包括：

步骤S1：对结构型透波材料的传输散射特性进行分析，建立结构型透波材料的传输散射特性数据点表；

步骤S2：建立复杂结构目标的几何模型，并对复杂结构目标的几何模型进行分析，按照材质特性将复杂结构目标区分为理想导体目标部件和结构型透波材料目标部件；

步骤S3：将所述结构型透波材料的几何特性由一个平面进行表征，将所述结构型透波材料的传输散射特性由所述传输散射特性数据点表进行描述；

步骤S4：复杂结构目标的射线追踪求解，根据射线追踪方法，对所述复杂结构目标的电磁散射特性进行分析求解。

优选的，在步骤S1中，所述传输散射特性数据点表通过传输矩阵方法解析求解获得或通过软件数值仿真方法获得。

优选的，所述传输矩阵方法解析求解包括：

步骤S11：所述结构型透波材料包括若干层介质，将所述若干层介质对电磁波的作用等效为若干级端口的网络级联，根据若干级端口的级联方程得到若干层介质的四端口网络系数；

步骤S12：根据所述若干层介质的四端口网络系数，得到所述若干层介质的透射系数和所述若干层介质的反射系数；

步骤S13：根据所述步骤S11和所述步骤S12，对所述结构型透波材料进行仿真，获取工作频率下所述若干层介质结构在不同观测角度下的复反射系数和复透射系数，将所述复反射系数和复透射系数以点表形式存储。