CN107315881B - 用于电磁散射仿真模型的半空间格林函数与射线追踪方法 - Google Patents

用于电磁散射仿真模型的半空间格林函数与射线追踪方法 Download PDF

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CN107315881B CN201710524322.XA CN201710524322A CN107315881B CN 107315881 B CN107315881 B CN 107315881B CN 201710524322 A CN201710524322 A CN 201710524322A CN 107315881 B CN107315881 B CN 107315881B
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Abstract

本发明公开了用于电磁散射仿真模型的半空间格林函数与射线追踪方法，包括如下步骤：确定电特性为金属属性的目标模型和下方粗糙面，粗糙面位于XOY坐标平面，粗糙面的高度平均值为z＝0，目标模型位于粗糙面上方，根据目标模型剖分得到目标模型几何信息；将雷达照射下的粗糙面移除，采用包围盒对目标模型进行包围，将包围盒向‑z方向拉伸至‑zmax，采用射线追踪方法对目标模型进行寻迹判定等操作，从而求得电磁感应电流、半空间格林函数以及远场条件下的雷达散射场。本方案采用上述原理求解目标位于随机粗糙面上的差场雷达散射截面回波信息，提高电磁仿真算法的计算精度和效率。

Description

用于电磁散射仿真模型的半空间格林函数与射线追踪方法
技术领域
本发明涉及电磁散射领域，具体涉及用于电磁散射仿真模型的半空间格林函数与射线追踪方法。
背景技术
随机粗糙面(如：海面、地面)上目标(如：舰船、车辆)的雷达探测在军事战争与遥感技术都有重要的意义。由粗糙面与目标所组成的复合模型属于典型的半空间电磁散射问题，其雷达回波信号仿真一直是计算电磁学领域中的难点，主要表现在，第一：需要对粗糙面进行几何建模，并与目标共同构成复合模型，为了有效考虑粗糙面的电磁贡献，下方粗糙面的尺寸需要远大于目标的尺寸，因此，粗糙面所带来的计算复杂度要远大于目标本身的计算；第二：复合模型通常为超电大尺寸(大于1000个电磁波长)，常用的数值方法在解决此类规模问题时显得无能为力，只能采用基于射线追踪理论的高频方法来求解，现有的高频方法仅在自由空间中的问题时有讨论，并未到涉及半空间中的问题，而基于自由空间的射线追踪方法在解决半空间散射问题时存在着计算精度不高的缺陷。如专利号为201310606346.1一种基于射线追踪的海面舰船的方法，均未涉及到利用半空间散射理论进行建模计算，使得现有的电磁仿真算法存在计算精度不高和效率低下的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提高电磁仿真算法的计算精度和效率，目的在于提供用于电磁散射仿真模型的半空间格林函数与射线追踪方法，基于随机粗糙面的半空间格林函数，以及半空间格林函数与射线追踪方法相结合的电磁仿真模型，求解目标位于随机粗糙面上的差场雷达散射截面回波信息，提高电磁仿真算法的计算精度和效率。
本发明通过下述技术方案实现：
用于电磁散射仿真模型的半空间格林函数与射线追踪方法，包括如下步骤：
步骤A)确定电特性为金属属性的目标模型和粗糙面，下方粗糙面位于XOY坐标平面，粗糙面的高度平均值位于z＝0，目标模型位于粗糙面上方，根据目标模型剖分得到目标模型几何信息；
步骤B)将下方粗糙面移除，在XYZ坐标系中目标模型的几何面元上的点坐标为P(xi，yi，zi)，i＝1，2，…，N，N为目标模型剖分点数；采用包围盒对目标模型进行包围；
步骤C)将包围盒向-z方向拉伸至-zmax；基于随机粗糙面的半空间格林函数，采用半空间格林函数与射线追踪方法相结合的电磁仿真模型，引入了向-z拉伸的包围盒避免了对下方粗糙面进行几何建模和电磁仿真建模，所计算的电磁感应电流只需要考虑目标模型上的区域，大大降低了计算复杂度，避免了采用在自由空间下对下方粗糙面进行几何建模和电磁求解，大大简化了计算过程，以此求解目标位于随机粗糙面上的差场雷达散射截面回波信息，提高电磁仿真算法的计算精度和效率。
步骤D)根据下方粗糙面的几何参数和雷达参数得到计算目标模型的电磁感应电流和远场条件下的半空间格林函数；
步骤E)得到远场雷达散射结果。
优选的，步骤B)中包围盒中目标模型剖分点数的取值根据目标模型的几何尺寸决定。
优选的，步骤B)中包围盒的取值范围为x：xmin～xmax，y：ymin～ymax，z：-zmax～zmax，其中，xmin＝min{xi}，xmax＝max{xi}；ymin＝min{yi}；ymax＝max{yi}；zmin＝min{zi}；zmax＝max{zi}。
优选的，步骤C)中包围盒的取值范围为x：xmin～xmax，y：ymin～ymax，z：-zmax～zmax；最终包围盒由如下8个顶点构成，分别为P1(xmin，ymin，-zmax)；P2(xmax，ymin，-zmax)；P3(xmin，ymax，-zmax)；P4(xmax，ymax，-zmax)；P5(xmin，ymin，zmax)；P6(xmax，ymin，zmax)；P7(xmin，ymax，zmax)；P8(xmax，ymax，zmax)。
优选的，步骤D)中计算过程包括如下步骤：
步骤D1)将包围盒8个顶点投影在垂直于雷达波传播方向的平面上，o(uk，vk，w0)＝Project(Pk(xk，yk，zk))，k＝1，2，…，8，而Project(·)表示点到面的投影运算，o(uk，vk，w0)为在垂直雷达波来波方向的平面上的局部坐标系(u，v，w)下的坐标点，由包围盒8个顶点的投影点来决定射线追踪过程中所需要的射线管孔径，其取值范围为u：umin～umax，v：vmin～vmax，其中：umin＝min{uk}；umax＝max{uk}；vmin＝min{vk}；vmax＝max{vk},w＝w0,w0可为在保证射线管孔径位于z＝0上方条件下的任意值。因此，电磁射线管孔径区域由垂直于雷达波传播方向所在平面上的4个投影点构成，即：o1(umin，vmin，w0),o2(umax，vmin，w0),o3(umin，vmax，w0),o4(umax，vmax，w0)；同时，该孔径区域被划分为若干子孔径，通常子孔径的尺寸小于0.1λ，λ为电磁波波长；
步骤D2)由射线管孔径所发射出来的电磁射线，通过射线追踪理论来与目标模型进行相交判断和寻迹过程，同时，射线管在与目标模型过程相交后产生新的反射射线管，而反射射线管继续寻迹追踪，反射射线管的传播矢量
Figure GDA0002414642490000021
和磁场极化矢量
Figure GDA0002414642490000022
如下确定：
Figure GDA0002414642490000023
Figure GDA0002414642490000024
其中，
Figure GDA0002414642490000031
分别为入射射线管的传播矢量和磁场极化矢量，
Figure GDA0002414642490000032
为所打中目标模型剖分面元的外法向量；
对于未与目标模型相交的射线管，如果该射线管的传播方向向下，即其传播矢量的z分量ki|(z)＜0，那么该射线管将与z＝0的半空间分界面相交并且重新按照射线追踪理论继续寻迹过程，且此时的面元外法向量为
Figure GDA0002414642490000033
其反射波传播矢量如式(1)，而磁场极化矢量为：
Figure GDA0002414642490000034
ρ(φ)为基于粗糙面的修正因子，其表达式为：
Figure GDA0002414642490000035
其中，τ＝σcosφ/λ，φ为入射射线管与z＝0分界面的垂直夹角：φ＝cos-1(-ki|(z))，σ是粗糙面均方根高度；
引入了基于粗糙面参数的修正因子ρ(φ)，对具有一定粗糙度下的粗糙面电磁散射贡献进行修正，使其更符合粗糙面上目标的电磁散射问题，进一步提高了计算精度；该修正因子的引入，不仅可以对目标下方为光滑表面进行计算，还能实现对粗糙的表面进行有效计算，大大拓宽了计算范围。
步骤D3)目标模型表面上的电磁感应电流可根据物理光学法求得：
Figure GDA0002414642490000036
其中，
Figure GDA0002414642490000037
具体表达为
Figure GDA0002414642490000038
为目标模型上的源点，k为电磁波数；
步骤D4)随机粗糙面上的半空间格林函数表征为：
Figure GDA0002414642490000039
其中：
Figure GDA00024146424900000310
Figure GDA00024146424900000311
在半空间分界面上，
Figure GDA00024146424900000312
具体表达为场点
Figure GDA00024146424900000313
源点
Figure GDA00024146424900000314
的镜像点为
Figure GDA00024146424900000315
具体表达为
Figure GDA00024146424900000316
且满足rx″＝rx′；ry″＝ry′；rz″＝-rz′，而ρ(φ)如公式(4)所示，其中场点与源点镜像点的垂直夹角φ如下表示：
Figure GDA00024146424900000317
步骤E)得到远场雷达散射结果是根据Stratton-Chu公式可以计算远场条件下的雷达散射场，将由公式(5)的感应电流以及公式(6)的半空间格林函数两者在目标表面s′上积分所得，即
Figure GDA0002414642490000041
η＝120π，
Figure GDA0002414642490000042
φ可为散射场的俯仰角φs，
Figure GDA0002414642490000043
为散射波矢量。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明基于随机粗糙面的半空间格林函数，采用半空间格林函数与射线追踪方法相结合的电磁仿真模型，引入了向-z拉伸的包围盒避免了对下方粗糙面进行几何建模和电磁仿真建模，所计算的电磁感应电流只需要考虑目标模型上的区域，大大降低了计算复杂度，避免了采用在自由空间下对下方粗糙面进行几何建模和电磁求解，大大简化了计算过程，以此求解目标位于随机粗糙面上的差场雷达散射截面回波信息，提高电磁仿真算法的计算精度和效率。
2、本发明引入了基于粗糙面参数的修正因子ρ(φ)，对具有一定粗糙度下的粗糙面电磁散射贡献进行修正，使其更符合粗糙面上目标的电磁散射问题，进一步提高了计算精度。该修正因子的引入，不仅可以对目标下方为光滑表面进行计算，还能实现对粗糙的表面进行有效计算，大大拓宽了计算范围。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的流程图；
图2为雷达照射下的粗糙面与目标复合模型；
图3为电磁射线管孔径示意图；
图4为修正因子的典型取值；
图5为半空间分界面上的场点源点散射作用示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-目标模型；2-下方粗糙面；3-包围盒；4-射线管孔径。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1：
如图1-5所示，本发明包括用于电磁散射仿真模型的半空间格林函数与射线追踪方法，包括如下步骤：
步骤A)确定电特性为金属属性的目标模型1和粗糙面，下方粗糙面2位于XOY坐标平面，粗糙面的高度平均值位于z＝0，目标模型位于粗糙面上方，根据目标模型剖分得到目标模型几何信息；
步骤B)将下方粗糙面移除，在XYZ坐标系中目标模型的几何面元上的点坐标为P(xi，yi，zi)，i＝1，2，…，N，N为目标模型剖分点数；采用包围盒3对目标模型进行包围；
步骤C)将包围盒向-z方向拉伸至-zmax；
步骤D)根据下方粗糙面的相关几何参数(均方根高度)和雷达参数(包括波长和入射角度)得到计算目标模型的电磁感应电流和远场条件下的半空间格林函数；
步骤E)得到远场雷达散射结果。
本方案基于随机粗糙面的半空间格林函数，采用半空间格林函数与射线追踪方法相结合的电磁仿真模型，引入了向-z拉伸的包围盒避免了对下方粗糙面进行几何建模和电磁仿真建模，所计算的电磁感应电流只需要考虑目标模型上的区域，大大降低了计算复杂度，避免了采用在自由空间下对下方粗糙面进行几何建模和电磁求解，大大简化了计算过程，以此求解目标位于随机粗糙面上的差场雷达散射截面回波信息，提高电磁仿真算法的计算精度和效率。
实施例2：
本实施例在实施例1的基础上优选如下：步骤B)中包围盒中目标模型剖分点数的取值根据目标模型的几何尺寸决定。当目标模型的几何尺寸较大时，则多取几个点，直到包围盒能够完全将目标模型包围在包围盒内。
步骤B)中包围盒的取值范围为x：xmin～xmax，y：ymin～ymax，z：zmin～zmax，其中，xmin＝min{xi}，xmax＝max{xi}；ymin＝min{yi}；ymax＝max{yi}；zmin＝min{zi}；zmax＝max{zi}。
此处包围盒XYZ坐标取值范围是根据目标模型的坐标来决定的，目标模型的XYZ坐标的最小值和最大值就是包围盒x，y，z坐标的最小值和最大值，该设置即可将目标模型完全包围在包围盒内，并且使包围盒的面积最小，最大化的减少后期需要计算的数据量，提高计算效率。
步骤C)中向-z方向拉伸的包围盒的取值范围为x：xmin～xmax，y：ymin～ymax，z：-zmax～zmax；最终包围盒由如下8个顶点构成，分别为P1(xmin，ymin，-zmax)；P2(xmax，ymin，-zmax)；P3(xmin，ymax，-zmax)；P4(xmax，ymax，-zmax)；P5(xmin，ymin，zmax)；P6(xmax，ymin，zmax)；P7(xmin，ymax，zmax)；P8(xmax，ymax，zmax)。
步骤D)中umin＝min{uk}；umax＝max{uk}；vmin＝min{vk}；vmax＝max{vk}。射线管孔径4取值则是由包围盒8个顶点投影在垂直于雷达波传播方向的平面上的点所确定的。
实施例3：
如图2所示，本发明包括用于电磁散射仿真模型的半空间格林函数与射线追踪方法，包括如下步骤：
步骤A)确定电特性为金属属性的目标模型1和粗糙面2，雷达波照射粗糙面2位于XOY坐标平面即二维坐标平面，粗糙面的高度平均值位于z＝0，目标模型位于粗糙面上方，根据目标模型剖分得到目标模型几何信息。
步骤B)由于雷达照射的粗糙面是凹凸不平的，不方便进行后期计算处理，本方案将实际的粗糙面移除，用一个z＝0的半空间分界面代替，半空间分界面为虚构平面，然后在这个XYZ坐标平面内设目标模型面元上的点坐标为P(xi，yi，zi)，i＝1，2，...，N，N为目标模型剖分点数；采用包围盒3对目标模型进行包围，包围盒的取值范围为x：xmin～xmax，y：ymin～ymax，z：zmin～zmax；
现有的电磁散射仿真模型在求解差场雷达散射截面的回波信息时，需要对粗糙面进行几何建模，并与目标模型共同构成复合模型，为了有效考虑粗糙面的电磁贡献，下方粗糙面的尺寸需要远大于目标的尺寸，因此，粗糙面所带来的计算复杂度要远大于目标本身的计算，大大增大了求解差场雷达散射截面的回波信息的计算量，降低了计算求解差场雷达散射截面的回波信息的效率。而复合模型通常为超电大尺寸(大于1000个电磁波长)，常用的数值方法在解决此类规模问题时显得无能为力，只能采用基于射线追踪理论的高频方法来求解，求解精度不高。该处包围盒的设计，避免了对下方粗糙面进行几何建模和电磁仿真建模，所计算的电磁感应电流只需要考虑目标模型上的区域，大大降低了计算复杂度，缩小了计算复合模型的尺寸，避免了采用常用数值方法对超电大尺寸进行求解，简化了计算过程，提高了计算效率和求解精度。
步骤C)将包围盒向-z方向拉伸至-zmax，包围盒的取值范围为x：xmin～xmax，y：ymin～ymax，z：-zmax～zmax；最终包围盒3由如下8个顶点构成，分别为P1(xmin，ymin，-zmax)；P2(xmax，ymin，-zmax)；P3(xmin，ymax，-zmax)；P4(xmax，ymax，-zmax)；P5(xmin，ymin，zmax)；P6(xmax，ymin，zmax)；P7(xmin，ymax，zmax)；P8(xmax，ymax，zmax)；
步骤D)根据粗糙面的功率谱密度函数及参数生成粗糙面，得到粗糙面参数，然后计算目标模型的感应电力和远场下的半空间格林函数；计算过程包括如下步骤：
步骤D1)将包围盒8个顶点投影在垂直于雷达波传播方向的平面上，o(uk，vk，w0)＝Project(Pk(xk，yk，zk))，k＝1，2，...，8，而Project(·)表示点到面的投影运算，o(uk，vk，w0)为在垂直雷达波来波方向的平面上的局部坐标系(u，v，w)下的坐标点，由包围盒8个顶点的投影点来决定射线追踪过程中所需要的射线管孔径，其取值范围为u：umin～umax，v：vmin～vmax，其中：umin＝min{uk}；umax＝max{uk}；vmin＝min{vk}；vmax＝max{vk},w＝w0,w0可为在保证射线管孔径位于分界面上方条件下的任意值。因此，电磁射线管孔径区域由垂直于雷达波传播方向所在平面上的4个投影点构成，即：o1(umin，vmin，w0),o2(umax，vmin，w0),o3(umin，vmax，w0),o4(umax，vmax，w0)；同时，该孔径区域被划分为若干子孔径，通常子孔径的尺寸小于0.1λ，λ为电磁波波长；
步骤D2)由射线管孔径所发射出来的电磁射线，通过射线追踪理论来与目标模型进行相交判断和寻迹过程，同时，射线管在与目标模型过程相交后产生新的反射射线管，而反射射线管继续寻迹追踪，反射射线管的传播矢量
Figure GDA0002414642490000071
和磁场极化矢量
Figure GDA0002414642490000072
如下确定：
Figure GDA0002414642490000073
Figure GDA0002414642490000074
其中，
Figure GDA0002414642490000075
分别为入射射线管的传播矢量和磁场极化矢量，
Figure GDA0002414642490000076
为所打中目标模型剖分面元的外法向量；
不同于自由空间中问题，对于未与目标模型相交的射线管，如果该射线管的传播方向向下，即其传播矢量的z分量ki|(z)＜0，那么该射线管将与z＝0半空间分界面相交并且重新按照射线追踪理论继续寻迹过程，且此时的面元外法向量为
Figure GDA0002414642490000077
其反射波传播矢量如式(1)，而磁场极化矢量为：
Figure GDA0002414642490000078
ρ(φ)为基于粗糙面的修正因子，其表达式为：
Figure GDA0002414642490000079
其中，τ＝σcosφ/λ，φ为入射射线管与z＝0分界面的垂直夹角：φ＝cos-1(-ki|(z))，σ是粗糙面均方根高度；
如图4为修正因子ρ(φ)的典型取值，σ＝0，σ＝0.05λ，σ＝0.15λ，σ＝0.25λ时的修正因子ρ(φ)的典型取值。在前面的定义以及计算过程中都是将粗糙面换成一个光滑的平面进行定义计算的，该计算结果和实际的粗糙面之间还是存在差距，因此本方案引入了基于粗糙面的修正因子ρ(φ)，对计算公式进行修正，使其更符合粗糙面上的数据，进一步提高了计算精度。该修正因子的引入，不仅可以对雷达照射为光滑的表面进行计算，还能实现对雷达照射为粗糙的表面进行精确计算，大大拓宽了计算范围。
步骤D3)目标模型表面上的电磁感应电流可根据物理光学法求得：
Figure GDA00024146424900000710
其中，
Figure GDA00024146424900000711
为目标模型上的源点，k为电磁波数；在磁场中，场是由场源产生的，场源所在的空间位置叫源点，场中任意一个空间位置都叫一个场点。
步骤D4)随机粗糙面上的半空间格林函数表征为：
Figure GDA00024146424900000712
其中：
Figure GDA00024146424900000713
Figure GDA0002414642490000081
在半空间分界面上，场点
Figure GDA0002414642490000082
源点的镜像点
Figure GDA0002414642490000083
且满足r″x＝r′x；r″y＝r′y；r″z＝-r′z，如图5所示。而ρ(φ)如公式(4)所示，其中场点与源点镜像点的垂直夹角φ如下表示：
Figure GDA0002414642490000084
步骤E)得到远场雷达散射结果是根据Stratton-Chu公式(即衍射公式)可以计算远场条件下的雷达散射场，将由公式(5)的感应电流以及公式(6)的半空间格林函数两者在目标表面s′上积分所得，即
Figure GDA0002414642490000085
η＝120π，
Figure GDA0002414642490000086
φ可为散射场的俯仰角φs，
Figure GDA0002414642490000087
为散射波矢量。该计算公式得到的结果即为差场雷达散射截面的回波信息。
本方案中所用到的格林函数法是数学物理方程中一种常用的方法。当源被分解成很多点源的叠加时，如果能设法知道点源产生的场，利用叠加原理,我们可以求出同样边界条件下任意源的场，这种求解数学物理方程的方法就叫格林函数法，而点源产生的场就叫做格林函数。而半空间格林函数则指的是目标模型位于随机粗糙面区域的点源产生的场。本方案中所提到的射线追踪算法是一种基于几何光学(GO)与物理光学(PO)为基础的电磁场场强预测算法。
本方案基于随机粗糙面的半空间格林函数，采用半空间格林函数与射线追踪方法相结合的电磁仿真模型，引入了向-z拉伸的包围盒避免了对下方粗糙面进行几何建模和电磁仿真建模，所计算的电磁感应电流只需要考虑目标模型上的区域，大大降低了计算复杂度，避免了采用在自由空间下对下方粗糙面进行几何建模和电磁求解，大大简化了计算过程，以此求解目标位于随机粗糙面上的差场雷达散射截面回波信息，提高电磁仿真算法的计算精度和效率。
本方案引入了基于粗糙面参数的修正因子ρ(φ)，对具有一定粗糙度下的粗糙面电磁散射贡献进行修正，使其更符合粗糙面上目标的电磁散射问题，进一步提高了计算精度；该修正因子的引入，不仅可以对目标下方为光滑表面进行计算，还能实现对粗糙的表面进行有效计算，大大拓宽了计算范围。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.用于电磁散射仿真模型的半空间格林函数与射线追踪方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤A)确定电特性为金属属性的目标模型和粗糙面，粗糙面位于XOY坐标平面，下方粗糙面的高度平均值位于z＝0，目标模型位于粗糙面上方，根据目标模型剖分得到目标模型几何信息；
步骤B)将下方的粗糙面移除，在XYZ坐标系中设目标模型面元上的点坐标为P(xi，yi，zi)，i＝1，2，...，N，N为目标模型剖分点数；采用包围盒对目标模型进行包围；
步骤C)将包围盒向-z方向拉伸至-zmax；
步骤D)根据下方粗糙面的几何参数和雷达参数，计算目标模型的感应电流和远场下的半空间格林函数；
步骤E)得到远场雷达散射结果；
步骤D)中计算过程包括如下步骤：
步骤D1)将包围盒8个顶点投影在垂直于雷达波传播方向的平面上，o(uk，vk，w0)＝Project(Pk(xk，yk，zk))，k＝1，2，…，8，而Project(·)表示点到面的投影运算,o(uk，vk，w0)为在垂直雷达波来波方向的平面上的局部坐标系(u，v，w)下的坐标点，由包围盒8个顶点的投影点来决定射线追踪过程中所需要的射线管孔径，其取值范围为u：umin～umax，v：vmin～vmax，其中：umin＝min{uk}；umax＝max{uk}；vmin＝min{vk}；vmax＝max{vk},w＝w0,w0可为在保证射线管孔径位于z＝0上方条件下的任意值；电磁射线管孔径区域由垂直于雷达波传播方向所在平面上的4个投影点构成，即：o1(umin，vmin，w0),o2(umax，vmin，w0),o３(umin，vmax，w0),o4(umax，vmax，w0)；该孔径区域被划分为若干子孔径，子孔径的尺寸小于0.1λ，λ为电磁波波长；
步骤D2)由射线管孔径所发射出来的电磁射线，通过射线追踪理论来与目标模型进行相交判断和寻迹过程，同时，射线管在与目标模型过程相交后产生新的反射射线管，而反射射线管继续寻迹追踪，反射射线管的传播矢量
Figure FDA0002414642480000011
和磁场极化矢量
Figure FDA0002414642480000012
如下确定：
Figure FDA0002414642480000013
Figure FDA0002414642480000014
其中，
Figure FDA0002414642480000015
分别为入射射线管的传播矢量和磁场极化矢量，
Figure FDA0002414642480000016
为所打中目标模型剖分面元的外法向量；
对于未与目标模型相交的射线管，如果该射线管的传播方向向下，即其传播矢量的z分量ki|(z)＜0，那么该射线管将与z＝0半空间分界面相交并且重新按照射线追踪理论继续寻迹过程，且此时的面元外法向量为
Figure FDA0002414642480000017
其反射波传播矢量如式(1)，而磁场极化矢量为：
Figure FDA0002414642480000021
ρ(φ)为基于粗糙面的修正因子，其表达式为：
Figure FDA0002414642480000022
其中，τ＝σ cosφ/λ，φ为入射射线管与z＝0分界面的垂直夹角：φ＝cos-1(-ki|(z))，σ是粗糙面均方根高度；
步骤D3)目标模型表面上的电磁感应电流根据物理光学法求得：
Figure FDA0002414642480000023
其中，
Figure FDA0002414642480000024
具体表达为
Figure FDA0002414642480000025
为目标模型上的源点，k为电磁波数,
Figure FDA0002414642480000026
步骤D4)随机粗糙面上的半空间格林函数表征为：
Figure FDA0002414642480000027
其中：
Figure FDA0002414642480000028
Figure FDA0002414642480000029
在半空间分界面上，
Figure FDA00024146424800000210
具体表达为场点
Figure FDA00024146424800000211
源点
Figure FDA00024146424800000212
的镜像点为
Figure FDA00024146424800000213
具体表达为
Figure FDA00024146424800000214
且满足rx″＝rx′；ry″＝ry′；rz″＝-rz′，而ρ(φ)如公式(4)所示，此时，场点与源点镜像点的垂直夹角φ如下表示：
Figure FDA00024146424800000215
2.根据权利要求1所述的用于电磁散射仿真模型的半空间格林函数与射线追踪方法，其特征在于，步骤B)中包围盒中目标模型剖分点数的取值根据目标模型的几何尺寸决定。
3.根据权利要求1或2所述的用于电磁散射仿真模型的半空间格林函数与射线追踪方法，其特征在于，步骤B)中包围盒的取值范围为x：xmin～xmax，y：ymin～ymax，z：zmin～zmax，其中，xmin＝min{xi}；xmax＝max{xi}；ymin＝min{yi}；ymax＝max{yi}；zmin＝min{zi}；zmax＝max{zi}。
4.根据权利要求3所述的用于电磁散射仿真模型的半空间格林函数与射线追踪方法，其特征在于，步骤C)中包围盒的取值范围为x：xmin～xmax，y：ymin～ymax，z：-zmax～zmax；最终包围盒由如下8个顶点构成，分别为P1(xmin，ymin，-zmax)；P2(xmax，ymin，-zmax)；
P3(xmin，ymax，-zmax)；P4(xmax，ymax，-zmax)；P5(xmin，ymin，zmax)；P6(xmax，ymin，zmax)；P7(xmin，ymax，zmax)；P8(xmax，ymax，zmax)。
5.根据权利要求1所述的用于电磁散射仿真模型的半空间格林函数与射线追踪方法，其特征在于，步骤E)得到远场雷达散射结果是根据Stratton-Chu公式计算远场条件下的雷达散射场，将由公式(5)的感应电流以及公式(6)的半空间格林函数两者在目标表面s′上积分所得，即
Figure FDA0002414642480000031
η＝120π，
Figure FDA0002414642480000032
φ为散射场的俯仰角φs，
Figure FDA0002414642480000033
为散射波矢量。
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