二维目标 篇1
矩量法(MOM)被看作是数值"精确解"，被广泛应用于电磁散射问题的分析中，但每次计算只能得到一个频率点的电流分布和雷达散射截面(RCS)，而在日渐发展的遥感技术和雷达目标识别中，需要随机分布目标的宽带RCS以产生一维距离像。与其它频域方法一样，为了获得目标的宽带RCS，应用MOM就必须在频带内的每个频率间隔点上逐点计算，当目标的RCS随频率变化剧烈时，必须以很小的频率间隔计算才能得到精确的频率响应，这就意味着在整个频带内矩阵方程求解次数的增加。为了克服这个缺点，E.H.Newman和G.J.Burke分别通过内插阻抗矩阵[1]和使用基于模型参数估计[2]的方法获得了宽带数据。一种类似的技术--渐近波形估计(AWE)技术被提出,并首先用于超大规模集成电路的时域分析[3]。近年来，AWE技术被逐渐应用到电磁问题的分析中[4,5,6,7,8]。
本文将AWE技术应用到MOM中，计算了二维随机分布的理想导体柱的宽带RCS。数值计算表明，本方法与传统MOM的逐点计算结果吻合良好，而计算效率却显著提高。
1 渐近波形估计技术
对于任意形状二维理想导体柱的电磁散射问题，其电场积分方程(EFIE)为：
式中为导体柱截面的周线，为导体表面上的电流密度，为入射电场，为第二类零阶Hankel函数，和分别表示场点和源点的位置矢量，k、分别为自由空间波数和波阻抗。
将理想导体柱的周界划分成N段，选择脉冲函数作为基函数，函数作为检验函数，应用MOM可将EFIE化成矩阵方程Z(k)I(k)=V(k)(2)
式中Z为阻抗矩阵，V为激励向量，它们的元素表达式分别为：
为入射平面波与轴间的夹角。
应用矩量法求解式(2)，只能得到一个频率点的导体表面电流。为了得到给定频带内的导体表面电流分布，就必须以一定的频率间隔重复求解式(2)。AWE技术通过将展开成关于的泰勒级数得到频带内的导体表面电流分布，即
展开系数的表达式为:
式中Z(i)表示Z(k)的i阶导数，V(n)表示V(k)的n阶导数。
为了扩大泰勒级数的收敛半径，可通过Padé逼近将展开成有理函数,即
确定，将其代入式(8)，便得到给定频带内任意频率点的表面电流分布，进而计算出散射场和宽带RCS。显然，在AWE方法中，只需进行一次矩阵求逆运算，便可得到给定频带内电流密度的分布，这正是AWE方法提高计算效率的原因所在。
2 数值计算与比较
为了验证应用AWE方法分析二维随机分布导体目标宽带电磁散射特性的有效性，本文对如下两种情况的宽带RCS进行了计算。
(1)36个正方形理想导体柱随机分布在边长为0.0103米的正方形平面内，每个正方形理想导体柱的边长为λ0/20(λ0为中心频率对应的波长)，根据蒙特-卡罗方法[9]生成的二维理想导体柱分布状态如图1所示，选择入射波为TM波，E zi=e-jkx，中心频率0f=3 5GHz,Padé逼近中的L=4,M=3,20～50GHz范围内的RCS频率响应如图2所示。
(2)16个正方形理想导体柱随机分布在边长为0.0102米的正方形平面内，每个正方形理想导体柱的边长为λ0/10，分布状态如图3所示，其他参数同(1)，20～50GHz范围内的RCS频率响应如图4所示。
图3 N=16,a=0/1 0,l=0.0 10 2 m图4 RCS与频率间的关系(参见右栏)
在上述两种情况下，每个正方形理想导体柱离散单元尺寸选择为λ0/40，从以上两个算例的RCS频率响应曲线来看，用Padé逼近的AWE技术得到的结果与MOM逐点计算的结果有较好的一致性，而计算效率则显著提高，表1为上述两种情况所用的计算时间。
表1计算时间及与传统矩量法的比较*(参见右栏)
3 结论
本文给出了一种分析二维随机分布导体目标宽带电磁散射特性的方法，文中对两种情况下的随机分布理想导体柱的宽带RCS进行了计算，结果表明，本文的计算结果与矩量法逐点计算的结果吻合良好，而计算效率显著提高。对于任意给定的频带，要想获得精确的宽带RCS，需要使用多个频率展开点的AWE技术。
参考文献
[1]Newman E H.Generation of wide-band data from the method of moments by interpolating the impedance matrix[J].IEEE Trans.Antennas Propagation,1988,36(12):1820-1824.
[2]Burke G J,Miller E K,Chakrabarti S,et al.Using model-based parameter estimation to increase the efficiency of computing electromagnetic transfer functions[J].IEEE Trans.Magn.,1989,25(4):2807-2809.
[3]Pillage L T,Rohrer R A.Asymptotic waveform evaluation for timing analysis[J].IEEE Trans.Computer-Aided Design,1990,9(4):352-366.
[4]Polstyanko S V,Dyczij-Edlinger R,Lee J F.Fast frequency sweep technique for the efficient analysis of dielectric waveguides[J].IEEE Trans.Microwave Theory Tech.,1997,45(7):1118-1126.
[5]Li M,Zhang Q J,Nakhla M.Finite difference solution of EM fields by asymptotic waveform techniques[J].IEE Proc.Part H:Microwaves,antennas and propagation,1996,143(6):512-520.
[6]Erdemli Y E,Gong J,Reddy C J,et al.Fast RCS pattern fill using AWE technique[J].IEEE Trans.Antennas and Propagation,1998,46(11):1752-1753.
[7]孙玉发,徐善驾.渐近波形估计技术在三维电磁散射问题快速分析中的应用[J].电子学报,2002(60)794-796.
[8]施长海,孙玉发.二维电大导体目标宽带雷达散射截面的快速计算[J].电波科学学报,2004(6):325-328.
二维目标 篇2
直航条件下二维运动目标纯方位系统的可观测性
为了降低目标丢失和暴露自己的可能性,需要研究观测站不进行航路机动的条件下,纯方位系统的可观测性.基于拟线性处理和最小二乘方法,在目标作匀速直线运动,单观测站作匀速直线运动,进而作匀加速直线运动的机动情形下,研究了二维纯方位系统的可观测性,得到了系统可观测性的充要条件以及系统的某些不可观测的.条件.说明在直航条件下,通过观测站速度的机动变化,同样可以实现目标要素的解算.
作 者：赵建昕 夏佩伦 ZHAO Jian-xin XIA Pei-lun 作者单位：海军潜艇学院,山东,青岛,266071刊 名：电光与控制 ISTIC PKU英文刊名：ELECTRONICS OPTICS & CONTROL年，卷(期)：13(5)分类号：V249 TN953关键词：单站 纯方位量测 可观测性