基于波导模型的雷达散射截面计算方法

摘要

雷达是现代军事中的重要情报工具。在雷达的研究中，如何准确地估计目标对雷达的散射(scattering)能力是雷达技术的关键。腔体(cavity)结构的雷达散射截面的计算至今仍然是一项极具挑战性的工作。现存的分析腔体结构电磁散射的方法主要有：有限元法(Finite Element Method)，迭代物理光学法(Iterative Physical Optics)，射线法(Shooting and Bouncing Ray)，基于波导的模式分析法(Modal Analysis)。这些方法中，模式分析法无疑是最准确，计算速度最快的。 模式分析法的理论基础是波导的模式分析理论。如何利用边界条件在波导中求解麦克斯韦方程，是模式分析理论的基础。对于规则的腔体，如带端面的圆形截面波导和矩形截面波导，我们可以轻松将边界条件运用到麦克斯韦方程中。利用模式分析法计算规则腔体的雷达散射截面，不仅结果准确，其计算速度也比同类算法快得多。然而，模式分析法的最大缺点就是其局限性太强。对于不规则腔体，由于边界条件很难被运用到麦克斯韦方程中，使得我们无法分析波导中的电磁场分布，因而无法利用模式来计算其雷达散射截面。 本文介绍了一种克服模式分析法局限性的改进算法。在分析原始算法的过程中，我们发现，电磁波从规则波导向外界的散射，可以看作从一个小波导向一个无穷大波导的散射。因此，我们可以利用这一想法来计算波导的连接体(如规则波导的级联、曲折等)的雷达散射截面。在近似计算的前提下，我们还可以将非规则腔体分解为若干规则腔的连接体，从而完成对不规则腔体的计算。这一改进大大改善了模式分析法的局限性。通过实验，我们发现这种改进后的方法，不仅很好的保持了模式分析法效率高的特点，同时也具有很高的精确性。 由于本文所提出的改进方法，是一种完全基于波导模式分析的方法，与近些年研究发现的一些混合算法相比，计算过程更加简便也更容易理解。 另外，本文还提出了另一些改进方法，通过这些方法，可以进一步提高模式分析法的运算效率和改善其局限性。 总的来说，本文从理论上提出了一种高效和准确的腔体雷达散射截面计算方法，这种算法可以在被广泛地运用到实际中。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究目的

1.2国内外研究现状

1.3章节内容摘要

第二章雷达方程和雷达散射截面

2.1雷达方程

2.2雷达散射截面

2.3本章小结

第三章波导分析理论

3.1矩形截面波导

3.1.1横电场波模式

3.1.2横磁场波模式

3.1.3相位常数的分解

3.1.4模式的截止频率

3.2圆形截面波导

3.3本章小结

第四章规则腔体的散射截面

4.1模式分析法的理论基础

4.1.1基尔霍夫近似

4.1.2能量的传递

4.1.3互易性原理的推广

4.2波导的激励和散射

4.2.1波导的散射

4.2.2波导的激励

4.2.3端面的反射

4.2.4波导的雷达散射截面

4.2.5圆形截面波导

4.3实验结果

4.3.1矩形截面波导的RCS

4.3.2圆形截面波导的RCS

4.3.4与其他算法的比较

4.4算法分析

4.4.1精确度

4.4.2效率

4.4.3局限性

4.5本章小结

第五章不规则腔体的散射

5.1算法介绍

5.2算法的应用举例

5.3计算结果

5.4本章小结

第六章研究展望

6.1效率

6.2局限性

6.3本章小节

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢

评定意见