[发明专利]一种应用于TM波入射随机粗糙电导体表面散射情况的高阶微扰法

说明书

本发明公开了一种应用于TM波入射随机粗糙电导体表面散射情况的高阶微扰法，属于通信技术领域，包括以下步骤：S1：问题模型参数化处理；S2：利用HOSPM方法处理；S3：结果计算；本发明HOSPM能得到传统SPM的任意阶的一般形式；本发明通过比较HOSPM和MOM两种不同方法求得的BSCs，证明了该方法的可行性，通过对不同相关长度以及均方根高度的计算，证明了该方法的准确性，通过比较HOSPM与MOM的运算时间，证明了HOSPM具有更高的效率，可以在保证计算精度的同时，尽量简化求解电磁散射问题的积分过程，从而大量减少计算的所用时间，能够被广泛地应用于随机粗糙散射问题。

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种应用于TM波入射随机粗糙电导体表面散射情况的高阶微扰法。

背景技术

电磁波在随机粗糙表面的散射现象是近几十年来许多不同领域的重要研究课题，其应用前景包括遥感、通信、医学成像和应用光学等方面，现在已经发展出了许多分析方法，并成功地分析了一些表面的散射问题。

目前常见的分析方法主要可分为三类：1)近似法；2)数值法；3)半解析法。近似法是基于物理近似的方法，为散射场提供解析公式；数值法的主要思路是将连续函数进行变量的离散化处理，将复杂的方程转化为简单的方程，将复杂的积分转化成无穷级数相加的形式，从而建立起代数方程，并使用计算机技术将其解决；半解析法就是一种介于数值法和近似法之间的一种方法，其主要原理就是利用低维解族来减少多维问题的维度，从而起到简化计算的作用。

微扰法是一种经典的应用于小粗糙度表面的近似方法，其基本思想就是对粗糙表面高度作级数展开，现有的微扰法有两种经典的方法，一种是在理想边界条件下，首先利用消光定理，计算得到粗糙表面的表面电流，然后通过计算表面电流的绕射积分得到所求的散射场；第二种方法是利用瑞利假设，展开反射面的传播场，以及向上或向下传播的波的传播场，场的幅度通过边界条件来决定。这两种扰动法都能得到相同展开形式的散射场。

为了分析和应用不同阶SPM，人们做了许多定量的研究。然而，大多数的SPM仅能在有限级数条件下求解。通常情况下，随着求解阶数的增加，积分的维度也随之增加，当算法包含多重积分时，用以计算的代码也将变得异常复杂。由于高阶形式的数学表达式较复杂且难以进行程序的编写，因此目前没有应用于任意阶SPM的一般形式。

发明内容

为解决上述背景技术中提出的问题。本发明提供了一种应用于TM波入射随机粗糙电导体表面散射情况的高阶微扰法，具有能得到传统SPM的任意阶的一般形式以及在保证计算精度的同时，尽量简化求解电磁散射问题的积分过程，从而大量减少计算的所用时间的特点。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种应用于TM波入射随机粗糙电导体表面散射情况的高阶微扰法，包括以下步骤：

S1：问题模型参数化处理；

S2：利用HOSPM方法处理；

S3：结果计算。

本发明中进一步的，所述步骤S1中，问题模型参数化处理的具体步骤如下：

S11：建立几何模型

研究模型为一维电导体随机粗糙表面，考虑二维散射问题，在进行频域分析时，与时间相关的因子e^-jwt省略，在TM波情况下，磁场的形式为：

其中，ψ为磁场的量，因此，为简便起见，用标量波动方程ψ代替了H；

S12：磁场满足条件

由于波动方程ψ是标量的，根据标量格林定理，其形式为：