CN109359399B - 一种计算高速微动类球头柱体目标的电磁散射特性方法 - Google Patents

一种计算高速微动类球头柱体目标的电磁散射特性方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109359399B
CN109359399B CN201811246483.8A CN201811246483A CN109359399B CN 109359399 B CN109359399 B CN 109359399B CN 201811246483 A CN201811246483 A CN 201811246483A CN 109359399 B CN109359399 B CN 109359399B
Authority
CN
China
Prior art keywords
coordinate system
target
axis
angle
motion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201811246483.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109359399A (zh
Inventor
涂小韵
郑奎松
杨铭月
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Northwestern Polytechnical University
Original Assignee
Northwestern Polytechnical University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Northwestern Polytechnical University filed Critical Northwestern Polytechnical University
Priority to CN201811246483.8A priority Critical patent/CN109359399B/zh
Publication of CN109359399A publication Critical patent/CN109359399A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109359399B publication Critical patent/CN109359399B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/15—Vehicle, aircraft or watercraft design

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

本方法公开了一种分析高速微动的类球头柱体金属目标电磁散射特性的计算方法。基于软件Visual studio 2015和Fortran 2016计算机语言，生成类球头柱体高速微动目标网格模型。依次建立静止坐标系S，目标初始位置和方位的坐标系P，目标自身运动的坐标系M和最终与高速微动的目标相对静止的运动坐标系S'。在运动坐标系下采用FDTD计算出目标的电磁散射，逆顺序将目标的散射场转换到M坐标系进行电场值磁场值的对齐外推，然后将电场磁场值从M坐标系转换到P坐标再到坐标系S，便得到S坐标系下的类球头柱体高速微动目标的电磁散射。本发明可以计算高速微动类球头柱体目标的散射场和目标的特性分析。

Description

一种计算高速微动类球头柱体目标的电磁散射特性方法
技术领域
本发明属于电磁场数值计算领域，具体涉及一种计算高速微动的类球头柱体金属目标电磁散射特性的方法
背景技术
随着航空器件的飞行速度越来越快，关于高速运动物体的电磁研究已经成为热点问题，研究高速目标的微动情况也逐渐成为必要的关注点。例如，微动情况包括旋转，章动和进动等。
以往的方法因坐标系限制、边界条件或者求解结果单一等缺点，不能适用于高速乃至超高速运动物体的电磁场值研究，也更不能适用于高速运动目标的微动研究。因此，非常有必要设计一种能够解决并分析高速微动目标电磁散射的技术。
对于运动目标电磁散射计算的数值方法，部分学者提出了等效面电流法，运动边界法等。这些方法因坐标系限制、边界条件或者求解结果单一，或者不能适应于三维目标复杂多样的形状和目标微动的散射场的求解等缺点，不能适用于高速乃至超高速运动物体的电磁场值研究；对于用矩量法和有限元法来计算高速微动目标的电磁散射，不能适应于电大尺寸目标，且耗时较长。因此，非常有必要设计一种能够解决并分析高速微动目标电磁散射的技术。
发明内容
本发明解决的技术问题是：为解决现有技术中的高速目标微动状态下的电磁散射问题，本发明设计一种计算高速微动的类球头柱体金属目标电磁散射特性的方法。
本发明的技术方案是：一种计算高速微动类球头柱体目标的电磁散射特性方法，包括以下步骤：
步骤一：建立类球头柱体高速微动目标网格模型；
步骤二：设目标的速度为v，初始位置为原点；目标在运动时，设目标的滚转角为ψ，俯仰角为θ，偏航角为
Figure GDA0002789509690000011
目标的章动频率为f1,进动频率为f2，旋转频率为f3；定义类球头柱体轴线方向为x轴方向，径向方向为y轴方向，与x轴、y轴均垂直的方向为z轴方向；俯仰角为θ目标坐标系x轴与水平面的夹角，偏航角
Figure GDA0002789509690000021
为目标坐标系x轴在水平面上投影与地面坐标系xg轴之间的夹角，滚转角ψ为目标坐标系z轴与通过目标x轴的铅垂面间的夹角，目标向右滚为正，反之为负；
步骤三：将模型中的目标转换为相对静止的目标进行计算，依次建立四个坐标系，包括以下子步骤：
子步骤一：将目标水平放置，以目标的质心为原点，垂直方向为z轴，沿半球方向为-y轴，建立静止坐标系S；
子步骤二：将目标的速度v代入坐标系S中，得到新的坐标系P，且S坐标系到P坐标系的转换矩阵为
Figure GDA0002789509690000022
其中φv为运动方向相对于速度方向在xSyS(s坐标系下的x轴y轴组成的平面)平面的投影与xS轴(S坐标系的x轴)之间的方位角，
Figure GDA0002789509690000023
为运动方向相对于速度方向的仰角(以速度方向建立坐标系)；
子步骤三：将子步骤二中的坐标系P进行洛伦兹变换，得到相对静止的坐标系M，洛伦兹转换矩阵为设为LT；
Figure GDA0002789509690000024
上式(2)中vx,vy,vz分别为目标沿x轴,y轴,z轴的速度的分量，c为光速，
Figure GDA0002789509690000025
β＝v/c；
子步骤四：将滚转角ψ，俯仰角θ，和偏航角
Figure GDA0002789509690000026
代入子步骤三中的坐标系M中，得到与目标保持相对静止的运动坐标系S',由坐标系M到S'的转换矩阵为
Figure GDA0002789509690000031
由于章动,进动和旋转的影响，滚转角ψ，俯仰角θ，和偏航角
Figure GDA0002789509690000032
是随时间变化的，变化规律为
Figure GDA0002789509690000033
其中ψ0为初始滚转角，θp为进动角，θm为最大章动角，
Figure GDA0002789509690000034
为初始偏航角，ω1为章动角频率，ω2为进动角频率，ω3为旋转角频率，其中ω1＝2πf1，ω2＝2πf2，ω3＝2πf3。
子步骤五：矩阵Rmic、矩阵LT和矩阵Rini依次相乘得到矩阵B，B＝Rini×LT×Rmic，设B矩阵的逆矩阵为矩阵F；
步骤四，定义静止坐标系S下的入射波幅值E0，频率f以及入射波照射到目标上的入射角θis,
Figure GDA0002789509690000035
经依次转换后的入射波的幅值为E′0，频率为f′s，入射角度为θ′is,
Figure GDA0002789509690000036
步骤五：运用FDTD算法,计算运动坐标系S'中电场
Figure GDA0002789509690000037
与磁场
Figure GDA0002789509690000038
步骤六：将步骤五得到的电场
Figure GDA0002789509690000039
与磁场
Figure GDA00027895096900000310
通过矩阵Rmic转换到坐标系M中，得到新的电场
Figure GDA00027895096900000311
与磁场
Figure GDA00027895096900000312
并将得到的电场
Figure GDA00027895096900000313
与磁场
Figure GDA00027895096900000314
外推对齐坐标得到新的电场
Figure GDA00027895096900000315
与磁场
Figure GDA00027895096900000316
步骤七：将步骤六得到运动坐标系S'的电场
Figure GDA00027895096900000317
与磁场
Figure GDA00027895096900000318
经过两次转换(M→P→S)到S坐标系，即得到类球头柱体高速微动的电场
Figure GDA00027895096900000319
与磁场
Figure GDA00027895096900000320
步骤八：将得到类球头柱体高速微动的电磁散射场进行能量计算和傅里叶变换、滤波的处理，得到其频率分布。
发明效果
本发明的技术效果在于：本发明通过Visual studio 2015和Fortran2016语言进行网格建模，计算与目标的平动相对静止的坐标系的入射波，加入射波，用FDTD计算S′坐标系的场值，并转换到表示目标自身运动的坐标系M下进行外推处理，最后转换到S坐标系下得到电磁散射场。本发明方法新颖，思路清晰，理论饱满，在任何速度下的微动目标的特征判断及目标识别方面具有理论指导作用和广阔的应用前景。本发明采用FDTD求微动目标散射特性，并继承了FDTD的计算简单，编程容易，可以计算电大尺寸的优点。和现有的方法相比，本发明计算速度快，可计算高速微动的电大尺寸目标，并适合任何速度下的微动目标的特征分析。
附图说明
图1：一种分析高速微动的类球头柱体金属目标电磁散射特性的计算方法的目标模型图；
图2：一种分析高速微动的类球头柱体金属目标电磁散射特性的计算方法的建模三视图；
图3：一种分析高速微动的类球头柱体金属目标电磁散射特性的计算方法的四个坐标系的关系图；
图4：一种分析高速微动的类球头柱体金属目标电磁散射特性的计算方法的边界示意图；
图5：一种分析高速微动的类球头柱体金属目标电磁散射特性的计算方法的流程图的示意图；
图6：一种分析高速微动的类球头柱体金属目标电磁散射特性的计算方法的外推前的网格对齐示意图；
图7：一种分析高速微动的类球头柱体金属目标电磁散射特性的计算方法的散射场的能量图；
图8：一种分析高速微动的类球头柱体金属目标电磁散射特性的计算方法的频谱图；
具体实施方式
参见图1—图8，一种计算类球头柱体高速微动目标电磁散射场的方法，包括以下步骤：
步骤一，建立类球头柱体高速微动目标网格模型；
步骤二，设目标的速度为v，初始位置为原点。目标在运动时，设目标的滚转角为ψ，俯仰角为θ，偏航角为
Figure GDA0002789509690000051
目标的章动频率为f1,进动频率为f2，和旋转频率f3；
步骤三，建立四个坐标系。静止坐标系S，建立表示初始位置和方位的坐标系P，建立表示目标自身运动的坐标系M，建立与目标相对静止的运动坐标系S'。从坐标系S到坐标系P的转换矩阵设为目标方位矩阵Rini。经过洛伦兹变换，将坐标系P转换到坐标系M，设转换矩阵设为矩阵LT。从坐标系M到坐标系S'的转换矩阵设为Rmic。将矩阵Rini，矩阵LT，矩阵Rmic依次相乘得到从静止坐标系到与目标平动时相对静止的坐标系的转换矩阵，设为矩阵B；
步骤四，将入射波通过转换矩阵经过三次坐标系转换(S→P→M→S')到S'坐标系；
步骤五，运用FDTD算法,计算得到运动坐标系S'中电场
Figure GDA0002789509690000052
与磁场
Figure GDA0002789509690000053
数据；
步骤六，将步骤五得到的电场
Figure GDA0002789509690000054
与磁场
Figure GDA0002789509690000055
通过矩阵Rmic转换到坐标系M中，得到新的电场
Figure GDA0002789509690000056
与磁场
Figure GDA0002789509690000057
并将得到的电场
Figure GDA0002789509690000058
与磁场
Figure GDA0002789509690000059
外推对齐坐标得到新的电场
Figure GDA00027895096900000510
与磁场
Figure GDA00027895096900000511
数据；
步骤七，将步骤六得到运动坐标系S'的电场
Figure GDA00027895096900000512
与磁场
Figure GDA00027895096900000513
经过两次转换(M→P→S)到S坐标系，即得到类球头柱体高速微动的电场
Figure GDA00027895096900000514
与磁场
Figure GDA00027895096900000515
数据；
步骤八，将得到类球头柱体高速微动的电磁散射场进行能量计算，傅里叶变换和滤波的处理；
其中所述步骤一具体包括以下过程：
过程2.1，使用软件Visual studio 2015和Fortran2016语言建模，依据类球头柱体的实际长度，将模型离散化成一个个小的同等大小的长方体，长方体的长宽高设为Δx',Δy',Δz',根据FDTD算法，Δx',Δy',Δz'至少小于实际长度的十分之一，此次设Δx'＝Δy'＝Δz'。确定整个FDTD计算区域和三维空间的总场区大小和散射场区大小，并确定散射边界以及吸收边界，总场边界；
过程2.2，由过程2.1确定的整个FDTD计算区域采用取整法，四舍五入，离散为一个个长宽高为Δx',Δy',Δz'的长方体。
过程2.3，由过程2.2得到离散后FDTD计算区域以目标的质心所在的长方体为设为(0,0,0)，若空间第(i,j,k)个长方体在目标上，则设置为金属介质，否则设置为空气介质。依次类推，即可得到空间内的类球头柱体高速微动目标模型，并已将其按网格剖分为长方体元胞模型，得到.txt格式的平面模型数据；
所述步骤二具体包括以下过程：
过程3.1设目标的速度为v，初始位置为原点。目标在运动时，设目标的滚转角为ψ，俯仰角为θ，偏航角为
Figure GDA0002789509690000061
目标的章动频率为f1,进动频率为f2，旋转。其中俯仰角为θ目标坐标系x轴与水平面的夹角，偏航角
Figure GDA0002789509690000062
为目标坐标系x轴在水平面上投影与地面坐标系xg轴之间的夹角，滚转角ψ为目标坐标系z轴与通过目标x轴的铅垂面间的夹角，目标向右滚为正，反之为负，目标坐标系见图1。
所述步骤三具体包括以下过程：
过程4.1，将目标水平放置，以目标的质心为原点，垂直方向为z轴，沿半球方向为-y轴，建立坐标系S，可见图1。
过程4.2，将目标的速度v引入到由过程4.1得到坐标系S中，得到新的坐标系P，且S坐标系到P坐标系的转换矩阵为
Figure GDA0002789509690000063
式(1)中φv为运动方向相对于速度方向在xSyS平面的投影与xS轴(S坐标系的x轴)之间的方位角，
Figure GDA0002789509690000064
为运动方向相对于速度方向的仰角(以速度方向建立坐标系)；
过程4.3,将过程3.2得到坐标系P进行洛伦兹变换得到相对静止的坐标系M，洛伦兹转换矩阵为设为LT。
Figure GDA0002789509690000071
上式(2)中vx,vy,vz分别为目标沿x轴,y轴,z轴的速度的分量，c为光速，
Figure GDA0002789509690000072
β＝v/c；
过程4.4，滚转角ψ，俯仰角θ，和偏航角
Figure GDA0002789509690000073
引入到由过程4.4得到坐标系M中，得到与目标保持相对静止的运动坐标系S',由由坐标系M到S'的转换矩阵为
Figure GDA0002789509690000074
由于章动,进动和旋转的影响，滚转角ψ，俯仰角θ，和偏航角
Figure GDA0002789509690000075
随时间变化为
Figure GDA0002789509690000076
其中ψ0为初始滚转角，θp为进动角，θm为最大章动角，
Figure GDA0002789509690000077
为初始偏航角，ω1为章动角频率，ω2为进动角频率，ω3为旋转角频率，其中ω1＝2πf1，ω2＝2πf2，ω3＝2πf3。
过程4.5，矩阵Rmic,矩阵LT,矩阵Rini依次相乘得到含有运动初始状态和旋转，张动，进动的矩阵B，B＝Rini×LT×Rmic，设B矩阵的逆矩阵为矩阵F，通过三次矩阵转换将高速微动运动的目标化为相对静止目标来计算，这样FDTD计算将更为简单；
B和F在下面步骤中参数在S坐标系和S'坐标系中数据进行转换中参与计算，
Figure GDA0002789509690000081
Figure GDA0002789509690000082
Figure GDA0002789509690000083
Figure GDA0002789509690000084
所述步骤四具体包括以下过程：
过程5.1，确定静止坐标系S下的入射波，定义幅值E0，频率f以及入射角度θis,
Figure GDA0002789509690000085
过程5.2，通过转换矩阵经过三次坐标系转换(S→P→M→S')到S'坐标系，得到S'坐标系下入射波，入射波的幅值为E′0，频率为f′s，入射角度为θ′is,
Figure GDA0002789509690000091
所述步骤五具体包括以下过程：
过程6.1，导入已经离散化的类球头柱体；
过程6.2，输入入射波的幅值E′0，频率f′s，入射角度θ′is,
Figure GDA0002789509690000092
过程6.3，运用三维FDTD算法的差分计算，电场和磁场相差半个时间步长，时间步长Δt′＝Δx′/2c，从而在时间上迭代求解，求得在S'坐标系各个时刻空间中的电场
Figure GDA0002789509690000093
与磁场
Figure GDA0002789509690000094
所述步骤六具体包括以下过程：
过程7.1,将S'坐标系各个时刻空间中的电场
Figure GDA0002789509690000095
与磁场
Figure GDA0002789509690000096
用矩阵Rmic转换到坐标系M中得到电场
Figure GDA0002789509690000097
与磁场
Figure GDA0002789509690000098
过程7.2，在使用均值进行外推之前需要对齐网格，因此，插值出外推需要的网格点的电场值和磁场值；
过程7.3，将电场值和磁场值进行外推，得到新的电场
Figure GDA0002789509690000099
与磁场
Figure GDA00027895096900000910
所述步骤七具体包括以下过程：
过程8.1，由于速度v的影响，导致S坐标系和S′坐标系的网格间隔和时间步长不一致。因此需将S'坐标系的时间步长Δt'和空间步长Δx',Δy',Δz'经过三次转换(S'→M→P→S)到S坐标系的时间步长为Δt，空间步长为Δx,Δy,Δz；
过程8.2，在M坐标系得到的电场
Figure GDA00027895096900000911
与磁场
Figure GDA00027895096900000912
经过两次转换(M→P→S)到S坐标系下的电场
Figure GDA00027895096900000913
和磁场
Figure GDA00027895096900000914
过程8.3，得到的S坐标系下的电场
Figure GDA00027895096900000915
和磁场
Figure GDA00027895096900000916
进行能量计算，并进行离散傅里叶变换，滤波，得到其频率分布；
通过Visual studio 2015和Fortran 2016语言进行网格建模，计算与目标的平动相对静止的坐标系下的入射波，加入射波，用FDTD计算S'坐标系的场值，并转换到表示目标自身运动的坐标系M下进行外推处理，最后转换到S坐标系下得到电磁散射场。
如图1所示为目标模型图，有一个圆柱和半球组成，半球直径为1m，圆柱高1.5m，该目标的质心在直角坐标系的原点。目标运动方向为-y方向，速度v＝0.1c，目标的章动频率f1＝4Hz,进动频率f2＝2.3Hz，旋转频率f3＝0，初始滚转角ψ0＝0，进动角θp＝10°，最大章动角θm＝10°，初始偏航角
Figure GDA0002789509690000101
入射波的初始角度为θi＝0°,
Figure GDA0002789509690000102
如图2所示为目标的数学模型的三个平面图，分别为x＝0面，y＝0面和z＝0面。选择空间步长Δx'＝Δy'＝Δz'＝0.025m，将实际尺寸转换到网格数(i,j,k)，若空间某网格(i,j,k)的位置满足以下条件时
当-0.5833<y≤0.9167，
x2+z2≤1
当-1.0833≤y≤-0.5833,
x2+(y+0.5833)2+z2≤1
则该网格为金属介质，否则为空气介质；依次类推，即可得到空间内的剖分网格。
如图3所示为四个坐标系的之间的关系，其中S坐标系到P坐标系的转换矩阵为矩阵Rini，P坐标系转换到M坐标系的转换矩阵为矩阵LT，M坐标系到S'坐标系的转换矩阵为Rmic。通过这三个转换矩阵实现入射波，电场和磁场从静止坐标系到与运动目标相对静止的坐标系进行转换。
Figure GDA0002789509690000103
Figure GDA0002789509690000104
Figure GDA0002789509690000111
此处选择的入射波为调制高斯脉冲源，入射波
Figure GDA0002789509690000112
入射角为θi,
Figure GDA0002789509690000113
由相位不变性，和坐标系S和坐标系S'之间的时空转换关系，如下面的公式所示
Figure GDA0002789509690000114
便可算出运动坐标系S'下的入射波的入射角θi',
Figure GDA0002789509690000115
和相位常数kis'。
如图4所示为，在图中，在FDTD计算中设置吸收边界，散射边界以及总场边界，各值如下表：
Figure GDA0002789509690000116
如图5为该方法的流程图，在总场边界处引入入射波，入射波为调制高斯脉冲，坐标系S中规定入射波幅值E0＝1，τ＝3.3299998×10-9s，t0＝3.3299998×10-9s,角度
Figure GDA0002789509690000117
转换S'坐标系后的中入射波的参数参考图3得到幅值E′0＝1.005038，由于目标的微动，入射角度是一直在变化。
计算电场磁场的第n步计算x方向的电场公式如下：
Figure GDA0002789509690000121
其中
Figure GDA0002789509690000122
类似进行迭代，便可获得坐标系S'下的电场
Figure GDA0002789509690000123
与磁场
Figure GDA0002789509690000124
如图6所示为在坐标系M下的对齐图，若图中P,P’点是所需外推的网格点，则P点的场值为P1,P2,P3,P4四点的平均值；同理P’点的场值为P5,P6,P7,P8点的平均值。
如图7所示为目标微动下的散射波的能量图。散射波的能量计算的公式
Figure GDA0002789509690000125
如图8所示为将图7进行傅里叶变化和滤波等处理后的的频谱图。由图可得到的目标的频谱特性和设置的微动的频率相符合。设f＝af1+bf2(a,b为整数,章动频率f1＝4Hz,进动频率f2＝2.3Hz)，图6中的频率的峰值点的频率代表f，峰值点边的括号里面的数字表示(a，b)。检测到的频率，为1.1Hz，1.7Hz，2.3Hz，4Hz，4.6Hz，6.3Hz和6.9Hz。例如1.1Hz＝2f1+(-3)f2。

Claims (1)

1.一种计算高速微动类球头柱体目标的电磁散射特性方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：建立高速微动类球头柱体目标网格模型；
步骤二：设目标的速度为v，初始位置为原点；目标在运动时，设目标的滚转角为ψ，俯仰角为θ，偏航角为
Figure FDA0002905491350000011
目标的章动频率为f1,进动频率为f2，旋转频率为f3；定义高速微动类球头柱体目标轴线方向为x轴方向，径向方向为y轴方向，与x轴、y轴均垂直的方向为z轴方向；俯仰角θ为目标坐标系x轴与水平面的夹角，偏航角
Figure FDA0002905491350000012
为目标坐标系x轴在水平面上投影与地面坐标系xg轴之间的夹角，滚转角ψ为目标坐标系z轴与通过目标x轴的铅垂面间的夹角，目标向右滚为正，反之为负；
步骤三：将模型中的目标转换为相对静止的目标进行计算，依次建立四个坐标系，包括以下子步骤：
子步骤一：将目标水平放置，以目标的质心为原点，垂直方向为z轴，沿半球方向为-y轴，建立静止坐标系S；
子步骤二：将目标的速度v代入坐标系S中，得到新的坐标系P，且S坐标系到P坐标系的转换矩阵为
Figure FDA0002905491350000013
其中φv为运动方向相对于速度方向在xSyS平面的投影与xS轴之间的方位角，ϑv为运动方向相对于速度方向的仰角，以速度方向建立坐标系；其中xSyS平面为S坐标系下的x轴y轴组成的平面，xS轴为S坐标系的x轴；
子步骤三：将子步骤二中的坐标系P进行洛伦兹变换，得到相对静止的坐标系M，洛伦兹转换矩阵为设为LT；
Figure FDA0002905491350000021
上式(2)中vx,vy,vz分别为目标沿x轴,y轴,z轴的速度的分量，c为光速，
Figure FDA0002905491350000022
β＝v/c；
子步骤四：将滚转角ψ，俯仰角θ和偏航角
Figure FDA0002905491350000023
代入子步骤三中的坐标系M中，得到与目标保持相对静止的运动坐标系S',由坐标系M到S'的转换矩阵为
Figure FDA0002905491350000024
由于章动,进动和旋转的影响，滚转角ψ，俯仰角θ和偏航角
Figure FDA0002905491350000025
是随时间变化的，变化规律为
Figure FDA0002905491350000026
其中ψ0为初始滚转角，θp为进动角，θm为最大章动角，
Figure FDA0002905491350000027
为初始偏航角，ω1为章动角频率，ω2为进动角频率，ω3为旋转角频率，其中ω1＝2πf1，ω2＝2πf2，ω3＝2πf3；
子步骤五：矩阵Rmic、矩阵LT和矩阵Rini依次相乘得到矩阵B，B＝Rini×LT×Rmic，设B矩阵的逆矩阵为矩阵F；
步骤四，定义静止坐标系S下的入射波幅值E0，频率f以及入射波照射到目标上的入射角θis,
Figure FDA0002905491350000028
经依次转换后的入射波的幅值为E’0，频率为fs’，入射角度为θ’is,
Figure FDA0002905491350000029
步骤五：运用FDTD算法,计算运动坐标系S’中电场
Figure FDA00029054913500000210
与磁场
Figure FDA00029054913500000211
步骤六：将步骤五得到的电场
Figure FDA00029054913500000212
与磁场
Figure FDA00029054913500000213
通过矩阵Rmic转换到坐标系M中，得到新的电场
Figure FDA00029054913500000214
与磁场
Figure FDA00029054913500000215
并将得到的电场
Figure FDA00029054913500000216
与磁场
Figure FDA00029054913500000217
外推对齐坐标得到新的电场
Figure FDA00029054913500000218
与磁场
Figure FDA00029054913500000219
步骤七：将步骤六得到运动坐标系S'的电场
Figure FDA0002905491350000031
与磁场
Figure FDA0002905491350000032
经过两次转换到S坐标系，即得到高速微动类球头柱体目标的电场
Figure FDA0002905491350000033
与磁场
Figure FDA0002905491350000034
步骤八：将得到高速微动类球头柱体目标的电磁散射场进行能量计算和傅里叶变换、滤波的处理，得到其频率分布。
CN201811246483.8A 2018-10-24 2018-10-24 一种计算高速微动类球头柱体目标的电磁散射特性方法 Expired - Fee Related CN109359399B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811246483.8A CN109359399B (zh) 2018-10-24 2018-10-24 一种计算高速微动类球头柱体目标的电磁散射特性方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811246483.8A CN109359399B (zh) 2018-10-24 2018-10-24 一种计算高速微动类球头柱体目标的电磁散射特性方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109359399A CN109359399A (zh) 2019-02-19
CN109359399B true CN109359399B (zh) 2021-04-02

Family

ID=65346443

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811246483.8A Expired - Fee Related CN109359399B (zh) 2018-10-24 2018-10-24 一种计算高速微动类球头柱体目标的电磁散射特性方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109359399B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111337870B (zh) * 2020-04-17 2021-07-06 中国人民解放军海军装备部驻沈阳地区军事代表局驻大连地区第一军事代表室 一种基于欧拉公式的三轴电场修正方法
CN113642208B (zh) * 2021-07-11 2022-04-29 西北工业大学 一种水下甚低频对称振子天线阵辐射场分布的计算方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050021321A1 (en) * 2003-07-22 2005-01-27 Communications Research Laboratory, Independent Administrative Institution Apparatus, method, and program for estimation of biological electromagnetic compatibility
CN106291496A (zh) * 2016-07-26 2017-01-04 上海无线电设备研究所 基于四路径模型的运动目标与地面复合散射建模方法
CN107944113A (zh) * 2017-11-17 2018-04-20 西北工业大学 一种计算三维高速平动目标电磁散射场的方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050021321A1 (en) * 2003-07-22 2005-01-27 Communications Research Laboratory, Independent Administrative Institution Apparatus, method, and program for estimation of biological electromagnetic compatibility
CN106291496A (zh) * 2016-07-26 2017-01-04 上海无线电设备研究所 基于四路径模型的运动目标与地面复合散射建模方法
CN107944113A (zh) * 2017-11-17 2018-04-20 西北工业大学 一种计算三维高速平动目标电磁散射场的方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Electromagnetic Properties from Moving Dielectric in High Speed With Lorentz-FDTD;Kuisong Zheng等;《IEEE ANTENNAS AND WIRELESS PROPAGATION LETTERS》;20150925;第15卷;第934-937页 *
运动导体平面电磁散射的FDTD仿真;张向前等;《电子科技大学学报》;20100330;第39卷(第2期);第176-181页 *
高速运动介质球的散射特性研究;李应乐;《咸阳师范学院学报》;20050430;第20卷(第2期);第16-19页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN109359399A (zh) 2019-02-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kay et al. Forecasting a coronal mass ejection's altered trajectory: ForeCAT
CN109359399B (zh) 一种计算高速微动类球头柱体目标的电磁散射特性方法
CN106646645B (zh) 一种重力正演加速方法
CN102314708B (zh) 利用可控光源的光场采样及模拟方法
CN109557538A (zh) 基于海用相参雷达测量海浪参数的方法
CN107944094B (zh) 一种复杂外形航天器投影面积的确定方法及系统
CN111508015B (zh) 一种基于三维实景数据的建筑物高度提取方法及其装置
CN108846185A (zh) 一种水中高压脉动气泡运动与载荷的实验与数值联合方法
CN107944113B (zh) 一种计算三维高速平动目标电磁散射场的方法
CN111553978A (zh) 一种基于三角形网格微元的三维粗糙模型建模方法
CN108763610B (zh) 一种基于谱反演法的大气湍流相位屏仿真方法
CN106934192A (zh) 一种参数优化的浅水方程模型水体建模方法
CN104408292A (zh) 一种动态目标的快速射线追踪方法
CN111859704A (zh) 一种分布式多视角下非刚体目标电磁散射建模方法
CN113049215B (zh) 一种旋翼无人机位置抗气流干扰能力量化评估与测试系统
CN105631100B (zh) 水场景目标红外尾迹特性的流体模拟方法
CN104992035A (zh) 一种太赫兹频段表面粗糙目标电磁散射的快速计算方法
Bajaj et al. Spatial distribution of dust density wave properties in fluid complex plasmas
CN110992399A (zh) 一种高精度目标大气扰动检出方法
CN102636784A (zh) 单次声波入射快速预报声呐目标散射指向分布图的方法
CN112254732B (zh) 一种基于旋转磁偶极子的空间四点磁场定位方法及装置
CN116125401A (zh) 基于电磁散射计算的动态海面回波仿真方法
CN107356924A (zh) 针对凹腔类结构的sar图像仿真方法
CN111046542B (zh) 一种评估二十面体的le网格计算特性方法及离散方法
Liu et al. Using MC algorithm to implement 3d image reconstruction for yunnan weather radar data

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20210402

Termination date: 20211024