[发明专利]一种计算机载复杂结构雷达横截面积的方法

摘要

一种计算机载复杂结构雷达横截面积的方法，属于电磁场矩量法分析领域。本发明方法通过使用一种极坐标系而不需借助积分变量代换就可自动消去积分核中的奇异性，并且通过导出对径向坐标积分的解析表达式可将两重数值积分降为一重对角度坐标的数值积分。本发明方法既避免了较高的计算代价，又提高了对飞行器机载复杂结构物雷达横截面计算精度。本发明方法还可以广泛的应用于通讯、雷达、导航、电磁兼容设计、生物医学成像、地球物理勘探等领域。

主权项

1.一种计算机载复杂结构雷达横截面积的方法，其特征在于，该方法是在计算机中依次按以下步骤实现：步骤1：计算机初始化：根据机载复杂结构的几何尺寸，用Ansys软件构造物体的模型，将其外表面划分为三角形网格，并输出所有三角形网格端点的编号及位置参数，再根据这些三角形网格端点的编号及位置参数，找出所有具有公共边的三角形对，并对每个三角形对编号，记录所有三角形对个数N及每个三角形对相对应的端点位置坐标；步骤2：列写由入射电场产生的确定物体表面电流遵循的积分方程(1)：-n^×Einc(r)=n^×iωμ0∫SG‾(r,r′)·JS(r′)dS,r∈S---(1)]]>其中：G‾(r,r′)=(I‾+▿▿k02)g(r,r′)---(2)]]>和是真空的介电常数和磁导率，为入射电场, J_S(r＇) J_S(r＇)为导体表面感应产生的电流密度,为导体表面单位法向矢量，为并矢格林函数,为标量格林函数，R=|r-r＇|为观察点r与源点r＇之间的距离，为单位并矢,k₀为自由空间的波数；步骤3：令未知电流密度函数J_S(r＇)由RWG基函数展开，即JS(r′)=Σn=1NInΛn(r′)---(3)]]>其中Λ_n(r＇)为定义在第n对三角形对上的RWG基函数，I_n为相应的展开系数，N为所有三角形对个数，并用RWG基函数作为测试函数去测试上述电场积分方程，得到下列矩阵方程(4):-<Λm(r),Einc(r)>=iωμ0Σn=1NIn<▿·Λm(r),g(r,r′),▿′·Λn(r′)>---(4)]]>步骤4：处理上述矩阵方程(4)中存在的奇异积分核：上述矩阵方程(4)中，矩阵对角元素有下列形式的奇异积分(5)：I=∫ΔSeik0RRdR---(5)]]>再采用如下步骤处理:步骤4.1: 在源三角形面元Δp₁p₂p₃的平面上建立局部直角坐标系(u,v,w)和极坐标系(ρ,θ)，并把观察点在该平面上的投影选为原点，于是观察点位于(0,0,w₀)，而源点则位于三角形内的(u,v,0)或(ρ,θ)位置上，观察点与源点的距离为，源点与观察点重合，即R=0时，奇异性产生，即推导得当原点在三角形里面时，奇异性才会产生，步骤4.2：这时公式（5）中的积分奇异，用下述公式（6）计算：I=Σj=13∫θ1jθ2jdθ∫0djeik0ρ2+w02ρ2+w02ρdρ=1ik0Σj=13∫θ1jθ2j[eik0Rj(θ)-eik0R0]dθ]]>其中:R0(θ)=w0Rj(θ)=[djθ(θ)]2+w02---(9)djθ(θ)=djcos(θ-θ0j)---(10)]]>d_j为原点到三角形某一条边的垂直距离，为第j条边上的高与x轴的夹角，此时奇异性被消除，而因为被积函数公式（6）是具有简单形式的指数函数，上述对角度变量的一重积分通过高斯积分规则计算；步骤5：计算处理后的积分，解矩阵方程：用数值积分来计算矩阵方程(4)，从而得到N个展开系数I_n，得到电流密度J_S(r＇)；步骤6：通过J_S(r＇)由下式（7）计算散射电场强度：Es(r)=iωμ0∫SG‾(r,r′)·JS(r′)dS---(7)]]>其中E^s为物体产生的散射电场，r为物体到观测点的距离，其余参数定义与式(1)相同；步骤7：通过RCS定义计算得到雷达横截面积RCSσ=limR→∞4πR2|E→s|2|E→i|2]]>。