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目标近场电磁散射特性计算与应用

作　者: 金桂玉
导　师: 王宏波
学　校: 南京理工大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 近场目标特性物理光学(PO) 等效电磁流法(MEC) 脉冲多普勒引信
分类号: TJ760.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

本文以导弹引战配合技术为背景,研究了弹目交会过程中目标表面建模、目标近场电磁散射特性计算和多普勒回波信号分析等问题。为提高弹目交会过程中雷达引信的启动点控制精度,必须对引信获取的目标信息进行系统分析和充分利用。其中,目标近场雷达散射截面(RCS)信息及回波信号中的多普勒信息是引信实现目标检测及抗干扰的关键要素。与传统雷达目标电磁散射特性计算相比,雷达引信目标近场电磁散射特性的计算有其特殊性,到目前为止,在理论上还没有严格的解析计算方法,本论文通过分析弹目交会过程和引信目标表面建模方法,采用面元法对目标雷达散射特性进行分析并取得了较为准确的计算结果。论文的主要工作如下：(1)实现了目标表面建模和目标几何外形描述,基于AutoCAD三维建模软件构建了立方体、标准球、巡航导弹以及飞机等典型目标模型,通过比较部件分解法、面元法和参数建模法等几种方法的优缺点,本文用面元法完成目标表面建模,用面元和劈的组合描述目标几何外形。并编程实现了目标几何数据的提取与整理,建立了顶点列表、面元列表和劈边缘列表等数据表,以获得引信目标近场RCS计算的原始数据。(2)考虑雷达引信近场体目标效应和局部照射等情况,经过遮挡判别并选择合适的散射中心,用物理光学(PO)法计算面元的镜面散射场、用等效电磁流法(MEC)计算劈边缘绕射场,并针对计算过程中出现的奇异点,采用一种改进的等效电磁流表达式,既很好的解决了劈边缘绕射场计算过程中出现奇异点的问题,又使计算结果更加符合实际情况。最后,将面元镜面散射场与劈边缘绕射场进行矢量叠加,得到了目标的总散射场。(3)研究了脉冲多普勒体制引信的基本原理及弹目交会过程中多普勒频移的变化规律,建立了典型的脉冲多普勒引信模型,对引信参数的选取进行了分析与设置,通过对接收到的回波信号进行时频域变换、滤波和基频提取等操作,提取其中的多普勒信息,获得目标距离和速度等信息,并以此为依据给出引信启动点。(4)基于目标面元模型和C++Builder 5.0软件环境开发了雷达引信目标近场电磁散射特性计算和分析软件,仿真计算的结果表明论文中计算得到的RCS与目标精确解析解或实际测量结果基本一致,证明论文所用方法是可行且有效的。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
1 绪论  9-15
  1.1 选题背景及意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-13
    1.2.1 RCS测试现状  10-11
    1.2.2 RCS理论分析现状  11-12
    1.2.3 引信目标近场RCS研究现状  12-13
    1.2.4 引战配合研究方法概述  13
  1.3 论文主要内容  13-15
2 电磁散射及RCS计算方法研究  15-24
  2.1 电磁散射基础  15-17
    2.1.1 麦克斯韦方程组  15-16
    2.1.2 边界条件  16-17
    2.1.3 波动方程与位函数  17
  2.2 RCS定义  17-19
  2.3 RCS频率特性  19-20
  2.4 高频散射机理及RCS计算方法  20-22
  2.5 面元法计算目标近场RCS步骤  22-23
  2.6 本章小结  23-24
3 目标表面建模  24-34
  3.1 目标表面建模方法概述  24-25
  3.2 参数表面建模法  25-26
  3.3 面元法目标表面建模  26-29
    3.3.1 3D建模软件简介  26-27
    3.3.2 STL文件格式  27-28
    3.3.3 建模实例  28-29
  3.4 目标几何数据提取实现过程  29-33
    3.4.1 面元数目控制  30
    3.4.2 面元与劈数据结构  30-31
    3.4.3 编程实现数据提取  31-33
  3.5 本章小结  33-34
4 物理光学法计算面元RCS  34-47
  4.1 物理光学积分表达式  34-37
  4.2 Gordon面元积分法求解RCS  37-41
    4.2.1 坐标变换  38-39
    4.2.2 多边形平板散射场求解  39-41
  4.3 遮挡处理及局部照射问题  41-42
    4.3.1 面元遮挡判别  41-42
    4.3.2 引信局部照射问题  42
  4.4 极化与极化坐标系  42-44
  4.5 PO法软件实现  44-45
  4.6 仿真结果及分析  45
  4.7 本章小结  45-47
5 等效电磁流法计算劈边缘RCS  47-64
  5.1 劈边缘识别  47-48
  5.2 等效电磁流表达式  48-58
    5.2.1 GTD-EEC表达式  49-51
    5.2.2 PO-EEC表达式  51-53
    5.2.3 ILDC和PTD-EEC表达式  53-56
    5.2.4 改进的等效电磁流表达式  56-58
  5.3 MEC软件实现  58-59
  5.4 仿真结果及分析  59-63
  5.5 本章小结  63-64
6 回波信号分析及引信启动点计算  64-80
  6.1 脉冲多普勒引信  64-67
    6.1.1 弹目交会过程中的多普勒频移  64-66
    6.1.2 PD引信结构  66-67
  6.2 回波信号分析及启动点计算  67-72
    6.2.1 PD引信参数选择  68-69
    6.2.2 弹目交会过程参数设置  69
    6.2.3 信号处理过程  69-72
  6.3 软件仿真流程图  72-74
  6.4 仿真结果及分析  74-79
  6.5 本章小结  79-80
结束语  80-82
致谢  82-83
参考文献  83-86

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