文档介绍：第卷第期电波科学学报.,.
年月,
文章编号———
三维介质粗糙面上导体目标散射的
解析一数值混合算法
叶红霞金亚秋☆
复旦大学波散射与遥感信息国家教育部重点实验室,上海
摘要推导出二维介质粗糙面与其上三维导体目标复合散射的耦合积分方程,提
出目标散射的数值矩量法,与粗糙面散射的基尔霍夫解
析近似法,相结合的混合迭代算法。理论推导表明:
当目标距离粗糙面的高度满足条件时,目标的离散单元在粗糙面上任意一点的散射
场满足局部平面波关系,利用粗糙面局部面元的反射和透射关系,得出粗糙面感应场
的解析计算式。由于粗糙表面的感应场用解析计算,只需对目标的感应电
流进行一次数值积分,无需数值求解粗糙面的积分方程,节省大量的存储空间和运算
时间,能在理论上十分简明、数值计算上十分有效地求解三维体目标与面目标组合的
复合散射问题。讨论了目标与粗糙面相互作用的互耦迭代算法的有效性和收敛性。
结合—方法产生随机粗糙面样本,数值分析介质粗糙面上方的规
则导体球或任意不规则六面体的散射,讨论了粗糙面的介电参数和目标几何形状等
对双站散射的影响。
关键词复合散射;基尔霍夫近似;共轭梯度法;互耦迭代
中图分类号; 文献标志码
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收稿日期:—. 基金项目:国家自然科学基金资助项目.、
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第期叶红霞等:三维介质粗糙面目标散射的解析~数值混合算法
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的条件,分析该混合算法的有效性和收敛性,并将其
引言应用于介质粗糙面上不同形状目标的差场
随机起伏表面上目标物的监测、低飞目标识别散射计算。
与雷达制导截获技术,以及浅层地下目标勘探等需
耦合积分方程
要考虑目标在半空间背景环境中,尤其是在随机粗
糙界面上半空间中目标的散射特性和主要识别特考虑图所示的三维介质粗糙面上导体
征口。在体目标与随机粗糙面的复合散射模型目标的散射,目标距离水平面的高度为,粗糙面的
中,为解决三维粗糙面数值求解的庞大计算量问题, 随机高度函数一,,且,。粗糙面
发展快速有效的面一体复合散射模型和算法是十分下方为均匀介质空间,其媒质参数为一￡￡和
一
有意义的工作。如:等用复镜像技术和多层。,其中。和/分别为自由空间的介电常数和
快速多极子方法——磁导率。平面波沿方向入射,即
,计算平导体分界面上方半空间苫‘
中三维导体目标的散射。等应用互易性原式中,一碰;表示自由空间的波数;;为入射电
理及驻相法在多种近似条件下分析了竖立细长导体磁波的极化矢量。
圆柱与有限范围微粗糙面的耦合散射。类似地, 为凸现目标存在对散射贡献的影响,考虑粗糙
有应用物理光学近似与互易性原理,分析二维导体面~体目标的散射,与粗糙面单独散射,。的差
微粗糙面上金属平板的后向散射。一值,称为差场散射,定义为
等利用最陡下降快速多极子方法—一——
, 其中面一体复合散射。包括目标散射和粗糙面
—分析地下掩埋目标的散射。我们曾散射讥,故式可进一步写成
提出基尔霍夫解析近似, 一一
与矩量法,数值求删
解相结合的混合迭代算法,计算一维导体粗糙面上其中一一阳表示目标引入而在粗糙面上产
方存在二维柱状导体目标时产生的散射差场。生的感应场的差值。
实践证明:该解析一数值混合算法物理概念简明,能由文献,,介质粗糙面上方目标差场散
十分有效地解决面一体目标复合散射问题。当下垫射的积分方程为
粗糙界面是介质粗糙面时,电磁场有界面向上散射×
和向下透射两部分贡献,分界表面既有感应电流又式中,五为目标表面的外法向矢量;为目标
有感应磁流。这样,目标在介质粗糙面上的情况往的散射场下标指目标的散射;删
往更复杂,但更具工程应用价值。为目标的引入产生的粗糙面散射场的增量下标
推导出介质粗糙面与目标复合散射的耦合积分表示目标在粗糙面上产生的差值散射贡
,是粗糙面对目标散射场的二次和多次散
算式,提出目标与粗糙面相互作用的互耦迭代算法。射。
推导出目标离散单元的散射场满足局部平面波关系方程中。表示目标表面的总激励场,包括
电波科学学报第卷
现了目标各离散单元间的相互作用。右边表示目标
的激励项,其中纳入的体现了目标与粗糙面的
多次耦合作用。对上式采用共轭梯度法,—
迭代求解,即可获得目标表面的感
应电流。
设二维粗糙面尺寸