目标与环境电磁散射特性建模 理论、方法与实现 基础篇2025|PDF|Epub|mobi|kindle电子书版本百度云盘下载

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绪论1

参考文献4

第1章 电磁理论及电磁散射基础6

1.1麦克斯韦方程组6

1.2本构关系式8

1.3边界条件11

1.3.1一般边界条件11

1.3.2阻抗边界条件12

1.4坡印廷矢量12

1.5矢量位和标量位14

1.6几个重要定理15

1.6.1唯一性定理15

1.6.2镜像法15

1.6.3等效原理16

1.6.4感应定理17

1.6.5对偶定理18

1.6.6互易定理19

1.7雷达目标散射截面及其求解20

1.7.1雷达散射截面的定义21

1.7.2雷达散射的三个特征区域22

1.7.3雷达目标散射问题的典型解23

参考文献25

第2章 电磁散射的解析方法26

2.1分离变量法26

2.1.1交变电磁场与波动方程26

2.1.2规则坐标系下矢量波函数27

2.2多层介质球的电磁散射35

2.2.1均匀介质球电磁散射35

2.2.2内部场和散射场的矢量球谐函数展开36

2.2.3介质球电磁散射的角函数36

2.2.4均匀球的散射场特性37

2.2.5多层球的电磁散射42

2.3多层介质柱的电磁散射45

2.3.1均匀介质柱的电磁散射45

2.3.2无限长多层圆柱的电磁散射48

2.4椭球对平面波的电磁散射51

2.4.1平面波用椭球谐矢量波函数的展开51

2.4.2均匀椭球对平面波的电磁散射52

2.4.3均匀导体椭球对平面波的电磁散射55

2.4.4均匀椭球对平面波的电磁散射数值计算55

2.5有限波束的电磁散射56

2.5.1无限长多层圆柱对波束的电磁散射56

2.5.2多层球对高斯波束的电磁散射59

2.5.3多层圆柱和多层球对高斯波束的散射的数值计算64

2.5.4旋转椭球对高斯波束的散射65

参考文献69

第3章 电磁散射的积分方程方法71

3.1格林函数71

3.1.1标量格林函数72

3.1.2矢量波动方程和并矢格林函数73

3.1.3半空间问题的格林函数75

3.2积分方程77

3.2.1导体目标的表面积分方程77

3.2.2细导线目标的线积分方程78

3.2.3介质目标的积分方程79

3.3矩量法82

3.3.1矩量法的基本原理82

3.3.2基函数和测试函数83

3.3.3脉冲基函数和三角形基函数84

3.3.4基于三角片元的RWG基函数85

3.3.5基于RWG基函数的理想导体目标的矩量法86

3.3.6基于RWG基函数的均匀介质目标的矩量法87

3.3.7非均匀介质目标的矩量法88

3.3.8矩阵方程的求解88

3.4极低频问题的矩量法90

3.4.1极低频情况下普通矩量法的局限性90

3.4.2环状基函数和树状基函数91

3.4.3电场积分方程的矩量法实现92

3.4.4磁场积分方程的矩量法实现94

3.5特殊结构的矩量法96

3.5.1线—面接头基函数及其矩量法实现96

3.5.2基于物理特性的新型基函数及其应用98

3.6矩量法中格林函数奇异性的处理102

3.6.1线结构的奇异性处理102

3.6.2面结构的奇异性处理103

3.6.3线—面连接结构的奇异性处理104

3.7开放结构积分方程的精确形式105

3.7.1开放细导线结构的精确电场积分方程105

3.7.2开放导体结构的精确电场积分方程106

3.7.3介质体的精确电场积分方程107

参考文献108

第4章 电磁散射的微分方程方法111

4.1有限元法的基本步骤111

4.2二维电磁散射的标量有限元求解112

4.2.1问题的数学描述112

4.2.2二维吸收边界条件113

4.2.3二维电磁有限元的泛函114

4.2.4二维电磁有限元的标量基函数115

4.2.5二维电磁有限元泛函的离散116

4.2.6有限元矩阵边界条件的强加118

4.2.7算例118

4.3三维电磁散射的矢量有限元求解119

4.3.1问题的数学描述119

4.3.2三维吸收边界条件119

4.3.3三维电磁有限元的泛函120

4.3.4三维电磁有限元的矢量基函数121

4.3.5泛函变分表达式的离散122

4.3.6线性方程组的求解124

4.3.7有限元稀疏矩阵的存储125

4.3.8远区散射场的计算126

4.3.9算例126

4.4时域有限差分方法的基本格式127

4.4.1Yee元胞127

4.4.2直角坐标中的FDTD：三维情形128

4.4.3直角坐标中的FDTD：二维情形130

4.4.4直角坐标中的FDTD：一维情形132

4.4.5空间间隔与时间间隔的选取133

4.5截断边界——Mur吸收边界条件133

4.5.1Engquist-Majda吸收边界—单向行波方程方法133

4.5.2一阶和二阶近似公式134

4.5.3Mur吸收边界条件的FDTD形式135

4.5.4棱边和角顶点的特殊考虑137

4.6截断边界——完全匹配层140

4.6.1平面波入射到半空间单轴介质分界面情形140

4.6.2单轴各向异性分界表面的无反射条件：匹配矩阵142

4.6.3棱边和角顶区144

4.6.4三维UPML的时域公式146

4.6.5三维UPML的FDTD公式148

4.7近场—远场外推151

4.7.1等效原理151

4.7.2时谐场外推公式152

4.7.3封闭面积分计算的平均值方法154

4.7.4瞬态场外推公式156

4.7.5瞬态场外推的投盒子方法157

参考文献160

第5章 高频渐近技术162

5.1高频渐近技术概述162

5.2几何光学165

5.2.1麦克斯韦方程的渐近解165

5.2.2高频的几何光学近似165

5.2.3均匀媒质中射线场的表示式167

5.2.4几何光学入射场、反射场和透射场168

5.3边界条件174

5.3.1广义阻抗边界条件175

5.3.2吸收边界条件175

5.3.3人造硬边界和软边界条件176

5.4物理光学177

5.4.1Stratton-Chu积分方程及其简化形式177

5.4.2切平面近似179

5.4.3物理光学方法的几种具体型式179

5.4.4迭代物理光学（IPO）180

5.5绕射射线场分析方法181

5.5.1绕射场基本概念181

5.5.2理想纯导电直劈的绕射场183

5.5.3理想导电曲边缘的绕射场186

5.5.4尖顶和拐角绕射189

5.5.5不连续曲面的绕射矩阵192

5.5.6物理光学（PO）与物理绕射理论（PTD）193

5.5.7阻抗劈绕射196

5.6表面波绕射199

5.6.1光滑凸曲面散射问题的GTD解200

5.6.2光滑凸曲面上源的辐射问题的GTD解：阴影区的场201

5.6.3凸曲面散射问题的UTD解203

5.6.4凸曲面上源辐射问题的UTD解206

5.6.5涂层目标的表面波209

5.7焦散区场量求解法210

5.7.1等效电磁流法210

5.7.2增量长度绕射系数（ILDC）212

5.8时域高频技术214

5.8.1时域高频物理光学近似214

5.8.2时域一致性绕射215

参考文献218

第6章 电磁散射计算的混合方法222

6.1混合法的基本原理222

6.1.1等效原理222

6.1.2模式理论224

6.2高频近似方法和全波数值方法的混合224

6.2.1高频近似法与有限元法的混合224

6.2.2高频近似法与矩量法的混合227

6.3全波数值方法之间的混合229

6.3.1有限元、边界元、多层快速多极子的混合——合元极技术229

6.3.2电场积分方程与磁场积分方程的混合235

6.3.3有限元法与模匹配法的混合237

参考文献240

第7章 数值分析中的高效算法241

7.1快速多极子方法241

7.1.1快速多极子方法研究历程241

7.1.2快速多极子方法原理243

7.1.3快速多极子方法数值实现244

7.1.4快速多极子方法与矩量法的存储量、计算量对比246

7.2多层快速多极子方法247

7.2.1多层快速多极子方法研究历程与现状247

7.2.2多层快速多极子方法原理248

7.2.3多层快速多极子方法数值实现249

7.2.4数值误差251

7.2.5优化技术251

7.2.6计算性能与存储量考察256

7.2.7方法评价、预测及展望258

7.3基于多层快速多极子方法（MLFMA）的高效方法259

7.3.1加速矩阵矢量相乘计算的方法259

7.3.2降低迭代次数的高效方法261

7.3.3基于高阶基函数的多层快速多极子方法263

7.4基于快速傅里叶变换求解积分方程的其他高效方法267

7.4.1共轭梯度—快速傅里叶变换方法267

7.4.2自适应积分方程方法267

参考文献271

第8章 随机介质电磁散射与辐射传输275

8.1矢量辐射传输（VRT）理论275

8.1.1VRT方程的成分276

8.1.2四个斯托克斯参数的VRT方程277

8.2晴空大气VRT和一层植被VRT方程279

8.3VRT解法280

8.3.1球形粒子VRT的迭代法280

8.3.2球形粒子VRT离散坐标和特征值方法281

8.3.3非均匀散射介质VRT的不变嵌入法282

8.3.4球形粒子主动VRT的傅里叶变换282

8.3.5非球形粒子VRT方程的Mueller矩阵解282

8.3.6非均匀分层植被极化脉冲回波Mueller矩阵解283

8.3.7蒙特卡罗数值模拟286

8.3.8复合建模的VRT与三维VRT287

8.3.9密集粒子的DVRT287

8.3.10广义玻恩近似下散射解288

8.3.11非均匀群聚粒子的CVRT289

8.4全极化散射与SAR对地观测成像289

8.4.1全极化散射的Mueller矩阵和相干矩阵290

8.4.2SAR多视图像四个斯托克斯参数统计特性292

8.5环境杂波与目标回波的极化零值294

8.6随机粗糙面的散射296

8.6.1KA、SPA、COM近似296

8.6.2计算机数值模拟粗糙面散射298

参考文献300

第9章 电磁散射计算的并行算法304

9.1并行计算的基本概念304

9.1.1并行计算的发展304

9.1.2相关基本概念304

9.2分布式并行计算平台306

9.2.1基于工作站网络的并行系统306

9.2.2基于个人计算机环境的并行系统307

9.3集群环境307

9.3.1集群技术307

9.3.2通信库309

9.3.3搭建集群环境310

9.3.4集群性能测试311

9.4分布式并行算法中的通信311

9.4.1TCP／IP协议312

9.4.2Windows线程和线程间的同步314

9.5并行矩量法316

9.5.1并行矩量法与串行矩量法流程对比316

9.5.2数据域分解技术320

9.5.3通信技术324

9.6并行多层快速多级子方法329

9.6.1数据预处理技术329

9.6.2Morton键329

9.6.3数据域分解331

9.6.4邻接阻抗元素存储策略331

9.6.5多层快速多极子矩阵和矢量相乘特点332

9.6.6广播树和哑元树技术332

9.6.7计算节点间多级转移技术的轮询通信模式333

9.6.8RCS的并行计算333

9.6.9串行／并行多层快速多极子流程对比334

9.6.10并行程序加速比的评估334

9.7并行多层快速多极子方法的应用335

9.7.1简单形体目标335

9.7.2复杂形体目标336

9.7.3超电大目标336

9.8FDTD的并行计算——区域分割与数据传递337

9.8.1FDTD迭代的局域性337

9.8.2FDTD的子域划分339

9.8.3相邻子域之间的数据传递339

9.8.4特殊边界的处理342

9.9FDTD的并行计算——程序实现344

9.9.1PVM的基本操作命令及子程序344

9.9.2编程模式348

9.9.3并行FDTD流程图及程序349

9.9.4程序容错处理353

9.10网络并行FDTD计算实例355

9.10.1二维算例355

9.10.2三维算例355

9.10.3NASA杏仁核基准模型357

9.10.4导弹模型358

9.11并行计算性能测试361

9.11.1并行计算所需内存估计361

9.11.2金属机翼的计算362

9.11.3加速比定义362

9.11.4加速比测试与讨论363

参考文献364

第10章 电磁散射测量和模型的校模验证365

10.1电磁散射实验室365

10.1.1微波暗室366

10.1.2理想导电目标的电磁缩比关系366

10.1.3微波暗室的评价指标367

10.2RCS测量方法367

10.2.1相对标定法368

10.2.2绝对标定法368

10.2.3定标体369

10.3紧缩场技术370

10.3.1偏馈单反射面型紧缩场370

10.3.2边缘处理技术371

10.3.3紧缩场的主要参数371

10.4低散射背景控制技术372

10.4.1低散射目标支架372

10.4.2矢量场相减技术372

10.4.3软件距离门和硬件选通门技术373

10.5RCS测量误差374

10.5.1RCS测量的误差因素374

10.5.2背景回波与最小可测RCS电平374

10.5.3相干误差的统计分析376

10.6RCS输出数据格式380

10.6.1RCS数据的表示381

10.6.2RCS数据的角度窗口平滑和处理382

10.7基准体的电磁散射曲线389

10.8模型的校验、评估方法394

10.8.1点对点比较法394

10.8.2平滑比较法394

10.8.3成像比较法395

10.8.4加权比较法395

参考文献396