半空间电大导体目标散射的高频分析方法

　　1 引言

　　半空间背景下电大目标的电磁辐射和散射分析对于地下探测、地海面雷达目标隐身与识别工程具有重要的意义，如何对半空间环境下的辐射和散射问题进行精确建模计算一直是计算电磁学中广为关注的课题。目前国外基于各种高频算法[1 3]涌现出了很多雷达散射截面计算机辅助分析和优化设计软件包，但是到目前为止，关于半空间电大目标的RCS 高频计算方法还未见报道。

　　近年来，国内外学者纷纷采用各种不同的算法对半空间电大尺寸目标特性进行分析，取得了不少的成果。一方面，有些学者试着采用有限元法[4]与时域有限差法[5]等微分方程方法去解决半空间电大尺寸目标的散射问题，但是存在对传播空间的离散导致巨大的未知量等缺陷;另一方面，有些学者从积分方程入手，将半空间格林函数与矩量法相结合[6,7]，并引入快速多极子对较大尺寸目标进行计算，但是由于受到现有计算机内存和计算时间的限制，还是无法较好处理电大尺寸复杂目标的散射问题。本文研究了半空间内电大尺寸导体目标散射的高频求解方法。将半空间并矢格林函数引入物理光学方法中，对半空间环境影响进行考虑，同时利用边界条件考虑导体目标电磁散射，推导出半空间物理光学分析方法，结合图形电磁学(GRECO)[3]，快速有效地计算了半空间导体目标的雷达散射截面(RCS)。

　　2 理论分析

　　考虑位于半空间环境中的电大尺寸导体目标，设S 为金属导体表面，iE 为照射到金属目标表面上的平面波。在平面入射波照射下，半空间金属目标与地面经过直接或相互间的反射产生不同的散射场E ^s。

　　式中r′ 表示源点位置，A 和Φ 表示由面电流 J (r ′)产生的磁矢位和电标位。

　　2.1 半空间目标消隐的实时图像处理

　　由于采用高频近似，所以需对半空间目标进行遮挡和消隐判断。本文结合图形电磁学，对目标可视部分的有效信息进行实时提取计算。图形电磁学方法[3]是一种将目标的计算机辅助设计建模、计算机图形学和高频雷达散射截面计算相结合的方法，充分利用了计算机硬件优势，借助于计算机显示技术，由图形加速卡完成最困难、最费时的遮挡和消隐工作。

　　通过三维图形软件标准接口 OpenGL，利用参数表面拟合目标外形，采用硬件加速卡对目标和背景像素进行显示和自动消隐，然后根据像素的分辨率实现面元的自动剖分，同时利用光照模型对目标进行着色渲染，在 x , y, z 3 个方向上面利用红、绿、蓝 3 种单色光对目标进行照射，显卡内存中为每个像素点均匀的保存颜色值(RGB)和深度值等信息。