[发明专利]一种电磁目标的散射场表征方法

权利要求书

1.一种电磁目标的散射场表征方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1.给定目标散射体的三角形网格文件，所述三角形网格文件包括目标散射体的点列表{P_i}和三角形单元列表{T_j}；

所述目标散射体的点列表{P_i}中包含N_p个点坐标，第i个点P_i的坐标记为P_i:(P_i.x,P_i.y,P_i.z)；

所述目标散射体的三角形单元列表{T_j}中包含N_e个三角形单元，第j个三角形单元的按照右手旋转方向定义的三个点序号记为(T_j.i₁,T_j.i₂,T_j.i₃)；

在查询第j个三角形单元中第k个点的坐标时，先从三角形单元列表{T_j}中查得第j个三角形单元数据T_j，再从T_j中得到第k个点的序号ip＝T_j.i_k，最后从点列表{P_i}中查得第j个三角形单元中第k个点的坐标即为(P_ip.x,P_ip.y,P_ip.z)；

S2.对目标散射体施加频域均匀平面电磁波,对于{T_j}中的第j个三角形单元T_j，计算垂直极化条件下的散射能力参数Dv_j和水平极化条件下的散射能力参数Dh_j，并计算j个三角形单元T_j的散射场；

所述步骤S2包括：

S201.对于{T_j}中的第j个三角形单元T_j,获取三角形单元中心点坐标和三角形单元法向矢量，计算出三角形单元面积和三角形面积矢量，并构建第j个三角形单元T_j的表面局部坐标系C_j；

所述步骤S201包括：

A1、计算三角形单元中心点坐标：

从三角形单元列表{T_j}中得到第j个三角形单元的三个点的序号分别是i1＝T_j.i₁、i2＝T_j.i₂和i3＝T_j.i₃，从点列表{P_i}中得到三个点的坐标分别为P_i1、P_i2和P_i3，则有单元中心点坐标T_j^c为；

T_j^c＝(P_i1+P_i2+P_i3)/3     (1)

A2、计算三角形单元法向矢量：

得到三角形单元列表{T_j}中得到第j个三角形单元的三个点的坐标分别为：P_i1、P_i2和P_i3，计算第j个三角形单元的单位法向矢量为:

其中，norm为矢量归一化函数：norm(A)＝A/len(A)，len为矢量长度函数；×为矢量叉乘除号；

A3、计算三角形单元面积：

得到三角形单元列表{T_j}中得到第j个三角形单元的三个点的坐标分别为：P_i1、P_i2和P_i3，计算第j个三角形单元的单元面积S_j为:

S_j＝0.5len[(P_i1-P_i2)×(P_i3-P_i2)]      (3)

A4、计算三角形面积矢量：

得到三角形单元列表{T_j}中得到第j个三角形单元的三个点的坐标分别为：P_i1、P_i2和P_i3，计算第j个三角形单元的单元面积矢量S_j为:

S_j＝0.5[(P_i1-P_i2)×(P_i3-P_i2)]     (4)

A5、建立表面局部坐标系：

第j个三角形单元的表面局部坐标系C_j包括四个元素：中心点坐标横轴单位矢量纵轴单位矢量高度轴单位矢量可借用表面局部坐标系的这四个元素的坐标和矢量变换对三角形单元表面局部进行简化，这C_j中的四个量分别如下计算：

其中，为三角形单元的中心点坐标，为从三角形单元的i1号顶点P_i1指向i2号顶点P_i2的边的单位矢量；为三角形单元所在平面的外侧单位法向矢量；为与和构成右手正交坐标系，右手顺序为

S202.计算第j个单元中心位置上的表面电流分布J_PO(T_j^c)；

所述步骤S202包括：

设频域平面电磁波的电磁场表示为：

其中，k₀＝2πf/c₀为自由空间波数；c₀为自由空间电磁波速度；f为工作频率；E_θ为平面电磁波电场的垂直极化分量，为平面电磁波电场的水平极化分量,θ和为平面电磁波的入射角，为平面电磁波的入射方向单位矢量，为入射电磁波垂直极化单位矢量，为入射电磁波水平极化单位矢量，为复数量，η＝120π为自由空间电磁波波阻抗，E为电场，H为磁场，r为场点坐标矢量；和为全局坐标系单位坐标矢量；

目标散射体被均匀平面电磁波照亮的区域上任意一点r的感应电流J_PO(r)为：

其中，为散射体表面在r位置上的单位法向矢量；×为矢量叉乘符号；

将第j个三角形单元的中心点坐标T_j^c作为r，计算出第j个单元中心位置上的表面电流分布J_PO(T_j^c)；

S203.计算第j个三角形单元形成散射场的辐射密度，并计算垂直极化条件下的散射能力参数Dv_j和水平极化条件下的散射能力参数Dh_j；

所述步骤S203包括：

对散射体表面的第j个三角形单元在θ_s和方向上的散射场分析，得到该单元对散射场的远场贡献，即为电磁散射现象的核心表征量Ra_j表示为：

其中，ω＝2πf，μ为自由空间磁导率，为平面电磁波的散射方向单位矢量，和为电磁波的散射方向上的垂直和水平极化单位矢量，R_s为散射场监测所在球面的半径；Ra_j为第j个三角形单元形成散射场的辐射因子,为格林函数；

第j个三角形单元形成散射场的辐射密度为Da_j＝Ra_j/S_j，由于Da_j是全向矢量，需要将其进行矢量分解，以得到衡量垂直极化条件下的散射能力参数Dv_j和衡量水平极化条件下的散射能力参数Dh_j：

其中，·为矢量点积符号，Dv_j和Dh_j为标量，分别衡量了散射体在θ_s和方向上的垂直和极化下的散射能力参数；

第j个单元在θ_s和方向上的散射场表示为：

S3.遍历三角形单元列表{T_j}中的每一个三角形单元，按照步骤S2得到各个三角形单元的散射场，并确定整个目标散射体的散射场；

所述步骤S3包括：

S301.遍历三角形单元列表{T_j}中的每一个三角形单元，按照步骤S2得到各个三角形单元的散射场；

S302.计算整个目标在θ_s和方向上的散射场表示为：

根据每个单元在垂直和极化条件下的辐射密度Dv_j和Dh_j的分布，由(21)和(22)即能够获取散射场