[发明专利]一种分析等离子体电磁散射特性的时域积分方程方法

说明书

一技术领域

本发明属于快速计算等离子体媒质在宽频带内电磁散射特性的仿真计算技术领域，特别是一种分析等离子体电磁散射特性的时域积分方程方法。

二背景技术

在现代化战争中，武器系统的雷达散射截面积(RCS)是雷达系统对目标“可观测性”的一个重要指标。超高声速飞行目标由于具有很快的飞行速度(5马赫以上)以及较高的飞行高度(20Km以上)，其飞行时与空气摩擦会产生几千摄氏度的气动热，使其周围空气电离而呈离子状态存在。当电离度达到一定程度时，电离气体具有等离子体性质。此时在飞行目标表面附近的包覆流场通常被称为等离子体包覆流场、再入等离子体或等离子体壳套。(常雨.超声速/高超声速等离子体流场数值模拟及其电磁特性研究,国防科技大学博士论文，2009)。针对这种色散等离子体结构，在时域体积分方法(NoelT.Gres,ArifA.Ergin,andEricMichielssen,“Volume-integral-equation-basedanalysisoftransientelectromagneticscatteringfromthree-dimensionalinhomogeneousdielectricobjects,”RadioScience,2001,36(3):379-386)内部引入递归卷积的方法进行处理。相较于其他时域方法，时域体积分方程方法可以精确有效的分析其瞬态电磁散射问题，而传统的时域方法，如时域有限差分方法(FDTD)(J.A.Pereda,L.A.Vielva,A.Vegas,andA.Prieto,“State-spaceapproachforthefdtdformulationfordispersivemedia,”IEEETrans.Magn.,1995,31(3):1602–1605)和时域有限元方法(D.JiaoandJ.-M.Jin,“Ageneralapproachforthestabilityanalysisofthetime-domainfinite-elementmethodforelectromagneticsimulations,”IEEETrans.AntennasPropag.,vol.50,no.11,pp.1624–1632,Nov.2002.)，精度受到很大的限制，且需要辐射边界条件，离散的未知量也相对较多，不能满足日益增加的对高精度的需要。而频域的方法每个频点的阻抗矩阵不同，计算一点频带的电磁特性必须扫频，而频域进行扫频非常费时，脱离实际的需求。

三发明内容

本发明的目的在于提供一种分析等离子体电磁散射特性的时域积分方程方法，从而快速得到宽频带内电磁散射特性参数。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种分析等离子体电磁散射特性的时域积分方程方法，步骤如下：

步骤1，建立时域体积分方程：根据结构散射特性，被激励目标上的总电场等于入射电场与散射电场之和，入射电场为已知激励；

步骤2，离散时域积分方程，并对离散后的积分方程进行空间和时间上的测试，建立时域矩阵方程；

步骤3，建立色散等离子体中电通量密度与电场强度之间的关系；

步骤4，求解时域矩阵方程，分析宽频带内等离子体材料电磁散射特性。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)只需离散物体模型，使用自由空间格林函数及递归卷积方法，可以分析非均匀色散等离子体目标的瞬态电磁散射特性，具有很高的计算精度且未知量相对较小；(2)计算精度高且未知量少，由于只需要对等离子体本身进行网格离散，不需要额外的空间未知量，则相对于时域有限差分方法(FDTD)方法可以有较少的未知量并有较高的计算精度；(3)由于采用时域方法求解，可以一次计算宽频带各频点的电磁散射特性，求解消耗时间大幅减小。

四附图说明

图1本发明分析等离子体电磁散射特性的时域积分方程方法的算例模型示意图。

图2本发明算例目标在不同频率点处的双站雷达散射截面(RCS)结果图，其中(a)为40MHz频点处的双站RCS，(b)为150MHz频点处的双站RCS，(c)为290MHz频点处的双站RCS。

五具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

步骤1，建立时域体积分方程：根据结构散射特性，被激励目标上的总电场等于入射电场与散射电场之和，入射电场为已知激励。