目标与粗糙面电磁散射的高低频方法分析

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粗糙面与目标的电磁复合散射在地下目标勘探、目标识别、雷达制导等诸多领域都有着十分广泛的应用前景和重要的研究价值。为了满足现代工程应用对求解速度和求解精度的双重要求,本文主要采用了高低频混合方法对粗糙面与目标的复合散射进行了相关分析。   用纯数值方法求解粗糙面与目标的复合散射模型时,其未知量不仅和目标有关还与粗糙面有关。实际中由于粗糙面的截断长度比较大,会带来巨大的计算量。用高低频混合方法求解该类问题的优势在于,粗糙面部分可以用高频近似方法求解,粗糙面以外的目标区使用精确方法求解,最终实现节约计算机内存和计算时间。   首先针对随机粗糙面与目标的电磁复合散射问题,本文采用矩量法(MoM)结合物理光学法(PO)来分析。在MMPO方法,对于相对比较平缓精度要求不高的粗糙面电流采用物理光学法近似得到;上方精度要求较高的目标区通过MoM求解。对于二维随机粗糙面与目标的电磁复合散射问题,本文又进一步完善了混合方法:由于粗糙面与目标之间具有一定的高度,故粗糙面与目标之间的互作用可以近似看作远场之间的作用,即二者之间的耦合矩阵具有低秩的特性,对该耦合矩阵本文采用自适应交叉近似算法(ACA)来降低内存和计算时间,最后给出的数值算例表明采用ACA之后其效果是显著的。   其次,对于二维随机粗糙面与目标的复合散射问题,本文还采用了另一种计算方法。首先采用KA近似推导出粗糙面背景下的格林函数,然后基于该格林函数采用MoM求解粗糙面上方目标的电磁散射,这样未知量就取决于目标,大大降低了对计算时间和内存的要求。在求解粗糙面的格林函数时其计算量很大,为了提高算法的运算效率,本文在对粗糙面格林函数的计算时采用了插值方法,最后给出的数值算例插值之后其效果十分显著的。
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