题目：复杂目标的宽带高频电磁散射特性仿真研究

对复杂目标宽带高频电磁散射特性的研究一直是雷达及电磁学领域的热点和难点，目标的高频宽带雷达特征信号包含目标本身及其所处背景环境的信息，因此该领域的研究对于目标及环境遥感、雷达目标的识别、合成孔径(SAR)/逆合成孔径(ISAR)图像的解释等具有重要意义。在各种目标电磁散射的计算方法中，由于数值方法在对复杂电大尺寸目标雷达散射截面(RCS)计算中计算速度和内存的局限性，使得高频方法仍然是解决此类问题的快速有效方法。另外，三维目标与下垫面背景环境共存情况下的雷达回波仿真是电磁散射计算中的重要问题，目标与其所处的下垫面背景环境之间的电磁耦合作用加大了该问题的复杂性。本文研究了涂覆多层雷达吸波材料(RAM)复杂目标RCS计算的高频近似技术，并提出一种二维聚束式SAR的无畸变成像仿真算法。同时，针对处于下垫面背景环境中的目标的电磁散射问题，建立了目标与其所处下垫面背景之间的多径散射模型，并以舰载目标与海上舰船目标为算例，分析了多径效应对回波的影响。主要研究工作及贡献如下：(1) 发展一种计算表面涂覆多层RAM目标RCS的快速算法。将物理光学法(PO)与阻抗边界条件(IBC)结合用于求解涂覆多层RAM面元的RCS，并应用物理绕射理论(PTD)及等效边缘电磁流法(MEC)用于计算棱边的RCS；计算中预先算出多层涂覆平板的反射系数矩阵，有效提高了多层递归运算的计算效率；通过对一些具有平面及一次曲面、二次曲面目标进行高频RCS计算仿真，验证了高频算法在对目标RCS计算中可以得到目标RCS幅度的同时，同样具有正确的相位信息；对金属目标及多层涂覆目标进行了RCS计算及成像仿真，并同前人测量结果及数值算法运算结果进行了比较。(2) 提出一种二维聚束式SAR的无畸变成像仿真算法。在以三维目标为研究对象的聚束式SAR成像仿真中，当雷达以一定视向擦地角绕目标进行成像数据采集时，传统方法在二维近似SAR成像中各散射中心会发生与擦地角相关的位置畸变。本文从理论上分析了畸变产生的原因，并提出一种雷达视向始终在经过目标中心的成像面内进行合成孔径扫描的无畸变成像仿真算法；在应用无畸变SAR仿真算法中，为了实现无畸变成像数据采集，推导出了二维成像平面内天线视向的三维转换算法公式；采用该算法前后对同一目标进行成像仿真，表明了该算法的有效性。(3) 建立目标与下垫面背景环境共存情况下的高频区雷达回波多径模型，推导出各回波路径的长度及各路径对应的等效雷达视向方向，并将其用于解决舰载目标及海上舰船目标两种特定下垫面背景环境下的目标电磁散射问题；应用多径模型对舰载单目标及舰载群目标进行RCS计算及SAR成像仿真，并针对多径效应对舰载机及舰载机群回波强度的影响作了统计分析。(4) 在前人研究成果基础上，提出一种将目标高频电磁散射计算多径回波模型与不同海况条件下粗糙海面前向复反射系数模型相结合的方法，用于对海上舰船目标宽带雷达回波进行仿真分析。在应用四路径回波模型模拟舰-海间多径效应的基础上，建立了海面前向反射系数模型，研究了不同海况条件下海面前向复反射系数随频率和擦地角的变化特性，并通过仿真分析了海面对舰船目标雷达特征信号的影响。对比分析舰船目标体直接散射及在不同海况条件下考虑多径效应时的RCS变化特性，并在不同海况条件下对目标进行二维SAR/ISAR成像仿真，验证了本文方法的有效性。