基于NURBS技術(shù)的電大復(fù)雜目標(biāo)RCS預(yù)估技術(shù)研究.pdf

1、戰(zhàn)爭的發(fā)展從冷兵器戰(zhàn)爭開始到機(jī)械化戰(zhàn)爭，現(xiàn)如今已步入信息化、電子化戰(zhàn)爭，掌握了科技的脈搏，才能在未來戰(zhàn)爭中立于不敗之地，強(qiáng)大的國防才能保障國泰民安。知己知彼，百戰(zhàn)不殆，如何準(zhǔn)確評估我方軍事設(shè)備在雷達(dá)探測下的生存能力，如何提高我方雷達(dá)對來犯敵方的探測能力？這都有待于電大復(fù)雜目標(biāo)電磁特性分析平臺的支持。
　　 本文針對電大復(fù)雜目標(biāo)電磁散射特性搭建了與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件有良好接口的分析平臺，完成復(fù)雜目標(biāo)從模型到輸出RCS(Radar

2、Cross section，雷達(dá)散射截面積)的預(yù)估過程。針對網(wǎng)格模型及實(shí)體模型采用點(diǎn)云重構(gòu)NURBS(Non-Uniform RationalB-Spline，非均勻有理B樣條)曲面模型的技術(shù)完成目標(biāo)的電磁建模；針對CAM及CAD軟件設(shè)計(jì)中常用的NURBS曲面模型，通過IGES(Initial Graphics ExchangeSpecification，基本圖形轉(zhuǎn)換規(guī)范)文件提取目標(biāo)NURBS參數(shù)。通過這兩種NURBS參數(shù)提取技術(shù)，構(gòu)

3、成RCS預(yù)估軟件與現(xiàn)在絕大多數(shù)CAD/CAM軟件的接口，實(shí)現(xiàn)RCS預(yù)估與外形設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)交流，可用以與CAD軟件互動完成電大復(fù)雜目標(biāo)的外形設(shè)計(jì)聯(lián)調(diào)。NURBS曲面建模與傳統(tǒng)建模方法相比有著不可比擬的優(yōu)勢，是論文搭建平臺所采用的電磁建模技術(shù)。由于傳統(tǒng)NURBS計(jì)算采用迭代求解，計(jì)算速度受到限制，將迭代求解這種自頂向下的求解過程轉(zhuǎn)換成自下而上的直接求解，同時(shí)通過對B樣條基函數(shù)的研究，大量減少了NURBS曲面的計(jì)算消耗。將這種方法推廣至NURB

4、S曲面切矢、法矢以及兩階偏導(dǎo)的求解過程，通過所設(shè)計(jì)算例的驗(yàn)證，證明了該方法及所推公式的準(zhǔn)確性，為基于NURBS建模技術(shù)的電磁散射分析提供優(yōu)良的電磁建模手段。
　　 本文研究了復(fù)雜目標(biāo)散射的三種主要散射機(jī)理，實(shí)現(xiàn)了基于NURBS建模的電磁目標(biāo)散射分析。鑒于物理光學(xué)法對于處理作為威脅電大復(fù)雜目標(biāo)的主要散射機(jī)理之一的直接散射類問題適用范圍相對較廣，論文采用PO(Physical Optics，物理光學(xué))方法完成NURBS曲面片的直接散

5、射計(jì)算。對于雙參數(shù)形式的曲面積分，論文所搭建平臺使用Ludwig積分完成基于NURBS表面的物理光積分。為了修正物理光學(xué)法的結(jié)果，采用物理繞射理論計(jì)算基于NURBS曲面棱邊的邊緣繞射場，以改善物理光學(xué)法的結(jié)果。在論文中，詳細(xì)研究了電磁散射計(jì)算中的基于NURBS模型的遮擋消隱算法，通過引入并修正計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中Z-Buffer技術(shù)，完成基于NURBS建模的電磁目標(biāo)遮擋消隱，為了進(jìn)一步提高Z-Buffer技術(shù)對于掠入射問題的處理能力，提出了輔

6、助Z-Buffer技術(shù)，結(jié)合NURBS建模特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)遮擋的準(zhǔn)確判斷。腔體結(jié)構(gòu)是威脅軍事目標(biāo)生存的一大隱患，軍事目標(biāo)的腔體一般為電大腔體，而且往往涂覆介質(zhì)層，采用了腔體散射技術(shù)中適用范圍較廣的SBR(Shootingand Bouncing Ray，射線彈跳法)技術(shù)完成腔體的散射計(jì)算。論文針對軍事目標(biāo)腔體結(jié)構(gòu)中常見的矩形腔體及圓柱形腔體詳細(xì)討論了其射線追蹤及口徑積分特點(diǎn)，利用SBR方法推導(dǎo)了可用以計(jì)算電大理想導(dǎo)體矩形腔體以及電大涂覆介

7、質(zhì)層矩形腔體的RCS公式，經(jīng)過算例驗(yàn)證，表明該公式具有不低于原SBR方法的精度，同時(shí)，由于采用公式形式求解，其占用資源及消耗時(shí)間大為減少，原則上說，對于矩形腔體，所推導(dǎo)的公式適用于原SBR方法適用的任何場合，不僅限于電大，但是對于電大腔體，原SBR方法分析難度非常大。論文也針對圓柱形腔體的特點(diǎn)，給出了其射線追蹤的一組公式，可以有效地完成腔體內(nèi)的射線追蹤，節(jié)省原SBR方法在腔體內(nèi)射線追蹤消耗的資源及計(jì)算時(shí)間。對于更為常見的端接非平面的矩形

8、腔體及圓柱形腔體，論文將求解區(qū)域分為腔體及終端兩個(gè)區(qū)域，終端區(qū)域采用NURBS描述其外形，通過公式求解入射線以及終端反射線在腔體內(nèi)的射線追蹤，通過數(shù)值方法完成終端區(qū)域入射線的射線追蹤以及口徑面上的遠(yuǎn)場積分，最終實(shí)現(xiàn)腔體的RCS計(jì)算。對于更為復(fù)雜的腔體形式，采用NURBS描述腔體內(nèi)壁及終端結(jié)構(gòu)，采用文中提出的射線與NURBS曲面、曲線求交點(diǎn)的方法完成射線追蹤、場強(qiáng)追蹤，最終通過數(shù)值方法實(shí)現(xiàn)口徑面積分，從而得到腔體的RCS。將基于NURBS