[发明专利]应用于复杂目标多次散射的雷达散射截面快速获取方法

说明书

技术领域

本发明涉及到一种应用于复杂目标多次反射的雷达散射截面（RCS Radar Cross Section）快速获取方法，属于雷达散射截面仿真计算领域。

背景技术

雷达散射截面的大小直接关系到复杂目标的隐身性能，对复杂目标的雷达散射截面进行分析可以对复杂目标的RCS采取有针对性的减缩措施；同时对复杂目标进行一维成像、二维成像、合成孔径雷达成像仿真和目标识别都需要进行雷达散射截面计算。RCS计算根据目标的电尺寸大小通常有低频方法，如：矩量法、有限元法等；以及高频方法，如：物理光学法、几何光学法、图像电磁计算法等。但是对于有角反射器和腔体结构的目标，为了提高RCS计算精度，需要使用射线跟踪进行计算。

射线跟踪法是一种高频近似方法。传统的射线跟踪法将入射电磁场离散成为射线，对每条射线的散射路径进行追踪，可以对一般耦合效应进行合理的计算和预估，从而成为处理耦合散射效应的经典方法。相对于计算电磁学方法而言，射线跟踪法对求解电大尺寸目标的散射问题具有计算速度高，内存消耗少等优点，然而射线跟踪法计算效率低下。当目标的尺寸和复杂度增加时，都会使计算时间大大延长。

发明内容

本发明的目的是为了解决雷达散射截面计算中，复杂目标多次散射计算射线跟踪耗时巨大的问题，提出了一种能够快速进行多次射线跟踪，并能保证雷达散射截面计算结果满足工程使用精度的有效方法。

复杂目标的电磁散射特性计算，是根据目标的几何模型，采用电磁散射计算方法，计算该复杂目标的RCS。本发明基于射线跟踪法实现了对复杂目标多次反射RCS计算。本方法通过结合几何光学法和物理光学法计算目标模型的RCS，复杂目标对电磁波的单次反射贡献通过物理光学积分直接给出，多次反射RCS则通过多次的几何光学射线跟踪和最后的物理光学积分给出。

本发明提供的应用于复杂目标多次散射的雷达散射截面快速获取方法，具体步骤包括如下：

步骤1：读入三维复杂目标的三角面元或四边形面元模型。

步骤2：通过光照的方式计算目标模型内所有面元的法向矢量和深度值。

步骤3：模拟入射平面电磁波，以xy平面为等相位面发射射线，对目标模型的所有面元按顺序扫描，确定目标模型内所有面元中心的空间坐标与各个面元法向分量及深度值的对应关系。

步骤4：由目标模型所有面元的法向分量和入射平面电磁波的入射方向，求出所有面元内入射线的反射线方向。

步骤5：找到所有面元内反射线方向在目标模型的投影射线，依次得到投影射线上每个面元的坐标值，即面元位置。在进行面元搜索时，根据反射线的斜率判断搜索方向，在投影射线上依次找到所有面元。

步骤6：根据投影射线上各个面元的位置，分别求出反射线与此面元所在平面的交点，并判断该交点是否在此面元内，如果在此面元内，就代表反射线与目标模型存在交点。

步骤7：重复步骤4至步骤6，直至反射线与目标模型无交点，则利用物理光学方法计算反射路径中每一次反射的交点所在面元的RCS。

步骤8：将每一次反射的交点所在面元的RCS进行叠加，得到目标模型的多次反射RCS。

步骤9：将多次反射RCS与单次反射的RCS相叠加得到目标模型的总RCS。所述单次反射RCS通过物理光学积分直接给出。

本发明的优点在于：

（1）对求解电大尺寸目标的散射问题，射线跟踪法相对于计算电磁线方法而言，具有计算速度高，内存消耗少的优点。

（2）由于考虑了多次反射的效应，射线跟踪法能够很好的模拟高频条件下的目标多次反射效应，如二面角，三面角结构。

（3）改进了传统射线跟踪法的跟踪反射线的算法，大大提高了计算多次反射线路径的效率，提高计算目标多次散射的RCS速度。

附图说明

图1为本发明的雷达散射截面计算方法的流程图；

图2为本发明仿真方法读入90°角反射器目标模型及其与坐标轴位置关系示意图；

图3为本发明仿真方法的相邻入射线相似的反射路径示意图；

图4为本发明仿真方法的入射线与目标模型的某个面元所在平面相交示意图；

图5为本发明仿真方法的确定入射线与面元所在平面的交点是否在面元内示意图；

图6为本发明仿真方法的90°二面角反射器的雷达散射截面仿真结果。

具体实施方式