典型目标时域电磁散射计算及快速算法的研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:aykp0512
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现代遥感技术发展迅速,合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)遥感的分辨率得到很大提高。研究和开发高精度SAR雷达回波数据的仿真系统,对SAR系统方案设计、成像处理算法、几何失真校正以及对高分辨率SAR图像等的研究十分重要。传统的回波仿真算法,采用了理想点目标近似,且后向散射系数是人为赋予的,所以不能有效地模拟真实非理想点目标模型,满足高分辨率、高精度SAR系统仿真的要求。为了高精度SAR系统回波仿真提供精确的典型目标各成像点的电磁散射特性,本文主要针对电磁计算学中的一种方法,时域有限差分算法(FDTD,Finite-Difference Time-Domain)进行研究。并且在此基础上,对FDTD方法在SAR目标回波仿真中的应用进行了相应的研究。FDTD具有简单、易懂、能提供时域的直观结果,并且具有二阶计算精度等优点。然而FDTD对时间和空间的离散受约束条件的影响,对于高频和电大尺寸目标的情况,利用FDTD方法计算电磁散射场时,计算时间和计算所需资源工程无法实现。因此,致力于在保持计算精度不变、或提高的前提下,为了减少计算时间、扩大计算规模,本文对基于小波理论和矩量法的时域多分辨技术(MRTD,Multiresolution Time Domain)和基于MPI和OpenMP并行环境的并行时域电磁计算方法进行研究,并应用于SAR回波仿真中。其中前者在算法上结合小波理论和矩量法对Maxwell方程进行离散化,使得相对于传统FDTD方法,在保持相同相位误差时,空间上的约束条件得到放宽,从而减小计算规模;而后者着眼于增加计算单元、扩大计算存储资源,将任务划分成若干子任务分配给不同计算单元同时处理,使得计算速度加快、单个计算单元计算规模减小。进而,经过与传统FDTD算法的对比与定性定量实验结果的评估,可以相信本文提出算法在SAR回波仿真中应用的可行性以及在提高计算速度和扩大计算目标尺寸上的有效性。本文研究方法在高分辨、高精度SAR回波仿真方面具有实际的意义与价值。
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