一种快速计算目标宽带雷达截面的电磁算法

基于FEKO的雷达目标电磁散射特性研究李亭;韩红斌;刘宇【摘要】To verify the reliability of electromagnetic scattering characteristics of radar target calculated by FEKO,three modes of comparing theoretical calculation with simulation results,comparing compact field measurement with simulation re-sults,and comparing FEKO simulation results with HFSS simulation results are adopted for the verification. It′s found that the RCS data obtained from theoretical calculation,compact field measurement and HFSS simulation is be identical to FEKO simula-tion results. The reliability of FEKO simulation results is proved,and this method can be used to calculate and simulate the elec-tromagnetic scattering characteristics of non-cooperative target.%为了验证电磁计算软件FEKO仿真计算雷达目标的电磁散射特性的可靠性,分别采用理论计算与仿真结果对比,紧缩场测量与仿真结果对比,FEKO仿真结果与HFSS仿真结果对比3种方式进行验证.发现理论计算、紧缩场测量以及HFSS仿真得到的单站RCS数据和FEKO仿真结果相吻合,由此验证了FEKO仿真结果的可靠性,可用于非合作目标电磁散射特性的仿真计算.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2015(038)021【总页数】3页(P39-41)【关键词】FEKO;紧缩场测量;RCS;HFSS【作者】李亭;韩红斌;刘宇【作者单位】中国人民解放军91336部队,河北秦皇岛 066326;中国人民解放军91336部队,河北秦皇岛 066326;中国人民解放军91336部队,河北秦皇岛066326【正文语种】中文【中图分类】TN955-34雷达通常根据目标电磁散射特性确定其位置和类型，因此对目标电磁散射特性的研究在现代雷达对抗中具有重要意义[1⁃2]。

雷达定位的方法有几种原理雷达定位是一种利用无线电波进行远程目标探测和定位的技术。

雷达的原理基于电磁波的传播、散射和回波接收，通过测量时间和电磁波的相位差来推算距离和方位。

雷达定位的主要原理可以分为以下几种：1. 距离测量（Time of Flight）原理：雷达发射无线电波，当波束与目标相交时，无线电波将被目标散射并返回雷达，雷达接收到返回的信号后，根据信号的往返时间和速度的规定，计算出目标与雷达之间的距离。

这种原理常用于测量目标的距离、速度和距离。

2. 多普勒效应原理：雷达定位中，目标不仅会回波，还会由于目标的移动而引起回波信号的频率变化。

利用多普勒效应，雷达可以推断目标相对于雷达的速度和方向。

多普勒雷达广泛应用于航空、海洋、气象等领域。

3. 雷达天线发射/接收方向的调制变化原理：雷达的天线会发射一个或多个窄束的无线电波，并在某一特定方向接收回波。

通过对雷达天线的设计及控制，可以改变雷达波束的发射和接收方向，实现对目标方位的测量。

例如相控阵雷达利用电子束的扫描来确定目标的方位。

4. 信号处理原理：雷达回波信号经过接收后需要进行信号处理，以消除干扰和增强目标信号，从而实现对目标的定位。

信号处理算法包括功率谱分析、匹配滤波、自适应滤波等技术，能够有效提高雷达的探测灵敏度和定位精度。

5. 同向性原理：雷达系统的天线具有一定的方向特性，能够将无线电波放大并聚焦在特定方向上。

通过控制雷达天线的方向性，可以实现对目标的定向探测和定位。

这种原理常见于雷达的定向型天线设计。

6. 散射原理：雷达发射的无线电波在遇到目标时会发生散射，散射信号在回波中包含着目标的信息。

雷达通过分析目标散射回波的特性，如反射系数、散射截面等参数，来判断目标的性质和位置。

7. 信号相位差原理：雷达发射无线电波，当波束与目标相交时会引起相位差，即波前到达的相对时间差。

雷达利用这种相位差来确定目标与雷达之间的方位角。

相位差原理常应用于方位测量，如航空雷达中的扫描雷达。

FEKO 各类求解器的介绍FEKO 中的求救器有矩量法（MOM ）、多层快速多极子方法（MLFMM ）、物理光学法（PO ）、一致性绕射理论（UTD ）、有限元（FEM ）等计算方法，FEKO Suite 7.0在其原有算法基础上，新增时域有限差分(FDTD )求解器，同时增加了多层快速多极子(MLFMM)与物理光学(PO)的混合算法。

1.矩量法矩量法是一种基于积分方程的严格的数值方法，其精度主要取决于目标几何建模精度和正确的基权函数的选择及阻抗元素的计算。

其思想主要是将几何目标剖分离散，在其上定义合适的基函数，然后建立积分方程，用权函数检验从而产生一个矩阵方程，求解该矩阵方程，即可得到几何目标上的电流分布，从而其它近远场信息可从该电流分布求得。

下面以电场积分方程求解理想导体的电磁散射问题为例，简要介绍矩量法的一般方法。

由麦克斯维方程组和理想导体的边界条件可以推导出，表面电场积分方程（EFIE ）如下：tantan (), on .incj AE r S(1)其中，A为矢量磁位，ψ为标量电位，表达形式分别如下：''||'0||4)()('ds r r e r J r A r r jk S -=--⎰πμ (2)''||'||4)(1)('ds r r er r r r jk S-=ψ--⎰πσε (3)定义基函数系列n J ，将电流展开为∑=≈N n n n J I J 1(4)其中n I 为与第n 个基函数相关的的电流展开系数。

为了将积分方程离散成为矩阵方程，采用伽略金匹配方法，选取与基函数相同的函数系列作为权函数，表示为g，对式(3-1)求内积得>>=<ψ∇<+><m inc m m J E J J A j,,,ω(5)将式(3-4)代入式(3-5)，得到包含N 个未知量的N 个线性方程，可以写成][]][[em n mn V I Z =(6)其中，][mn Z 为N N ⨯的矩阵，][n I 和][emV 均为1⨯N 的向量，][n I 为电流系数，][emV 为激励向量，N 为未知量数目。