[发明专利]基于迭代傅里叶算法设计宽带随机表面的方法

说明书

本发明公开了一种基于迭代傅里叶算法设计宽带随机表面的方法，首先采用迭代傅里叶算法对初始阵因子方向图进行削减，得到满足设计要求的理想阵因子方向图；然后基于单元与方向图存在傅里叶关系，将理想的阵因子方向图进行逆傅里叶变换得到宽带随机表面的单元阵列相位信息，根据该相位信息确定单元阵列中各基本单元的尺寸，得到满足设计要求的宽带随机表面的单元阵列排布。本发明基于迭代傅里叶算法正向设计所需要的随机表面，避免了长时间的优化，同时也能保证最终得到的阵列排布确实能有效降低随机表面的RCS，隐身性能能得到很大保证；且其隐身频带较宽。

技术领域

本发明涉及一种宽带随机表面的设计方法，特别涉及一种基于迭代傅里叶算法设计宽带随机表面的方法，属于雷达隐身和新型人工电磁材料领域。

背景技术

雷达隐身的方法是采用各种手段来减小目标的雷达散射截面(Radar CrossSection，以下简称“RCS”)，要求尽可能降低后向散射，即将能量打散到各个方向。传统的减小雷达散射截面的方法主要有3种，分别是：外形设计、采用雷达吸波材料(RadarAbsorbing Material)、有源对消、无源对消等。

新型人工电磁材料是指一种具有天然媒质所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合媒质，可通过改变单元结构及其空间排列来达到控制材料电磁特性的目的。通过人工设计其单元结构，可以控制材料的等效介电常数、磁导率、折射率、波阻抗等电磁参数，实现自然界存在的材料所不具有的性质。

近几年来，基于新型人工电磁材料的隐身技术发展迅速，设计原理一般分为两类，一种是通过吸收入射波能量或利用散射波的干涉相消降低目标的后向散射能量；另外一种是控制电磁波的传播路径。

宽带随机表面是一种人工电磁表面，传统减少RCS的随机表面一般采用逆向设计，进而利用优化的方法最终确定单元的排布，这种方法需要较长的优化时间，同时逆向设计的思想未必能收敛到最佳值，RCS能否有效降低存在不确定性；而且，传统的多谐振结构大多是利用多层堆叠技术来实现360°的移相范围以及拓展单元带宽，然而造价高，制造困难，各层之间的严格校直也较繁琐。

自从傅立叶在1822年提出傅立叶级数以来，傅立叶变换得到了很大的发展。1965年Cooley-Tukey提出了快速傅立叶变换(FFT)算法，很大程度上提高了傅立叶变换的计算速度，在许多科学领域获得了广泛和成功的应用；但现有技术中未有将傅里叶算法用于设计宽带随机表面的应用。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种基于迭代傅里叶算法设计宽带随机表面的方法，通过迭代傅里叶算法来实现对电磁波的非定向散射，使目标在雷达探测波束范围内,具有极小的雷达截面积，以达到隐身的目的。

技术方案：本发明所述的一种基于迭代傅里叶算法设计宽带随机表面的方法，包括如下步骤：

步骤1，采用迭代傅里叶算法对初始阵因子方向图进行削减，得到满足设计要求的理想阵因子方向图；

步骤2，将理想的阵因子方向图进行逆傅里叶变换得到宽带随机表面的单元阵列相位信息，根据该相位信息确定单元阵列中各基本单元的尺寸，得到满足设计要求的宽带随机表面的单元阵列排布。

具体的，步骤1中，采用迭代傅里叶算法对初始阵因子方向图进行削减的算法包括下述步骤：

(1)根据初始相位和幅度得到初始阵因子方向图，通过傅里叶变换算法求得该阵因子方向图的数值，将该数值在符合设计要求的值域范围内收敛；

(2)对收敛之后的阵因子方向图数值进行逆傅里叶变换得到对应的幅相分布，只考虑无耗单元，将逆傅里叶变换得到的单元幅度强制置为1，对新产生的幅相分布进行傅里叶变换得到新的阵因子方向图数值；

(3)将新的阵因子方向图数值代入值域范围内收敛，如此循环往复，直至满足迭代次数停止迭代。