【摘 要】提出了一種快速計(jì)算目標(biāo)寬帶RCS的有效算法。傳統(tǒng)通用特征基函數(shù)法構(gòu)造的特征基函數(shù)可以用于求解整個(gè)頻段的電磁散射特性，但在求解低頻點(diǎn)電磁散射特性時(shí)會(huì)加大計(jì)算的復(fù)雜度，從而增加RCS的求解時(shí)間。本文提出的一種基于通用特征基函數(shù)法的加速算法，該方法采用自適應(yīng)計(jì)算技術(shù)降低了低頻點(diǎn)的冗余計(jì)算。數(shù)值結(jié)果證明了該方法的有效性和精確性。

【關(guān)鍵詞】通用特征基函數(shù)法;自適應(yīng)計(jì)算;特征基函數(shù)寬帶電磁散射特性;自適應(yīng)計(jì)算

中圖分類(lèi)號(hào)： O441 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）04-0129-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.04.052

0 引言

通用特征基函數(shù)法[1]是精確預(yù)估目標(biāo)寬帶雷達(dá)散射截面的一種有效算法，該算法原理是通過(guò)改進(jìn)基函數(shù)的產(chǎn)生方法從而重新構(gòu)造特征基函數(shù)。

通用特征基函數(shù)法首先將目標(biāo)劃分為M個(gè)子域[2]，然后在待分析頻率區(qū)間的高頻點(diǎn)fh處建模，最后應(yīng)用寬角度入射波激勵(lì)照射各個(gè)子域。對(duì)于各個(gè)入射波激勵(lì)，可通過(guò)公式（1）求得主要特征基函數(shù)[3]：

由于探究了各子域間的耦合效應(yīng)[7]，GCBFs包含了更多的導(dǎo)體目標(biāo)表面特征電流信息，大大地提高了GCBFs計(jì)算低頻處RCS的精確度[8]。但是在待分析頻率區(qū)間的高頻率點(diǎn)處建模所得到的GCBFs要遠(yuǎn)大于在低頻點(diǎn)處建模所得到的GCBFs數(shù)目。如果將高頻點(diǎn)處得到的GCBFs應(yīng)用于整個(gè)待分析頻率區(qū)間，那么在低頻點(diǎn)處求解導(dǎo)體目標(biāo)RCS時(shí)將會(huì)帶來(lái)大量冗余計(jì)算問(wèn)題[9]。

1 自適應(yīng)計(jì)算技術(shù)

為了降低低頻處的計(jì)算復(fù)雜度，本文基于GCBFM提出一種自適應(yīng)計(jì)算技術(shù)。該技術(shù)探討了基函數(shù)數(shù)目隨頻率降低而減少這一規(guī)律，首先自適應(yīng)將待分析頻率區(qū)間切割為多個(gè)小區(qū)間，然后分別在各個(gè)小區(qū)間的最高頻點(diǎn)處重新生成GCBFs，并基于此GCBFs計(jì)算該子區(qū)間的電流特征信息，最后將各個(gè)小區(qū)間的電流特征信息數(shù)據(jù)進(jìn)行連合，從而計(jì)算出整個(gè)頻率區(qū)間的寬角度RCS。對(duì)于確定的頻率區(qū)間，自適應(yīng)生成GCBFs的方法如下：

（1）設(shè)置起始頻率點(diǎn)fL=fmin和fH=fmax;

（2）在起始頻點(diǎn)fL、fH處分別生成GCBFs ，則目標(biāo)所有基函數(shù)數(shù)目即為M個(gè)子域GCBFs的疊加和，表示為KL和KH。設(shè)σ=KLKH，若大于某一閾值ε（0<ε≤1），則可直接在[fL，fH]復(fù)用最高頻點(diǎn)的GCBFs并計(jì)算出寬帶RCS;若不滿足條件，取fmid=（fH+fL）/2，針對(duì)子頻段[fL，fH]和[fL，fH]繼續(xù)執(zhí)行步驟（2）直到滿足閾值條件。

（3）將各個(gè)子頻率區(qū)間計(jì)算得到的RCS數(shù)據(jù)進(jìn)行連合，即可得到整個(gè)確定區(qū)間的寬角度RCS。

采用自適應(yīng)技術(shù)生成各個(gè)子區(qū)間的GCBFs，可以得出低頻區(qū)間GCBFs的數(shù)目顯著降低。在求解低頻區(qū)間RCS時(shí)大大縮短計(jì)算時(shí)間。

2 算例驗(yàn)證與結(jié)果

為探究本文方法的有效性和精確性。對(duì)15cm×15cm導(dǎo)體平板寬帶RCS進(jìn)行了計(jì)算。寬頻帶設(shè)置為100MHz～4GHz ，在4GHz對(duì)目標(biāo)進(jìn)行建模，在θ和φ方向上各設(shè)置8個(gè)平面波激勵(lì)。整個(gè)目標(biāo)分成4個(gè)子域，未知變量數(shù)為3224。應(yīng)用自適應(yīng)技術(shù)將給定頻率區(qū)間自動(dòng)分割為4個(gè)子區(qū)間，并在各個(gè)子區(qū)間構(gòu)建GCBFs。與傳統(tǒng)GCBFM相比的結(jié)果如圖1所表示。表1列出兩種方法在各個(gè)子區(qū)間生成GCBFs的數(shù)目以及RCS求解時(shí)間。根據(jù)圖1和表1可以得出兩種方法吻合度比較高，而采用自適應(yīng)技術(shù)明顯縮短的低頻區(qū)間RCS的求解時(shí)間。

3 結(jié)論

本文提出了一種自適應(yīng)算法。該算法根據(jù)基函數(shù)的數(shù)目隨頻率降低而減少的特點(diǎn)，將確定的頻率區(qū)間自動(dòng)分割成若干小區(qū)間并分別在各個(gè)小區(qū)間的高頻點(diǎn)處重新生成GCBFs，基于此GCBFs計(jì)算該子區(qū)間的電流特征信息，最后將各個(gè)小區(qū)間的電流特征信息數(shù)據(jù)進(jìn)行連合，從而計(jì)算出整個(gè)頻率區(qū)間的寬角度RCS。數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明，兩種方法吻合度比較高，而采用自適應(yīng)技術(shù)明顯縮短的低頻區(qū)間RCS的求解時(shí)間。

【參考文獻(xiàn)】

[1]Harrington R F.Field computation by moment method[M]. New York：Macmillan，1968：22-57.

[2]王仲根，唐曉菀，汪強(qiáng).應(yīng)用改進(jìn)的主要特征基函數(shù)快速計(jì)算目標(biāo)寬角度RCS[J].電子信息學(xué)報(bào)，2018，40（3）：573-578

[3]潘小敏，盛新慶.電特大目標(biāo)散射的多層快速多極子高性能計(jì)算[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù)， 2011，33（8）：1690-1693.

[4]PRAKASH V V S，MITTRA R.Characteristic basis function method：a new technique for efficient solution of method of moments matrix equations[J].Microwave and Optical Technology Letters，2003，36（2）：95-100.

[5]王國(guó)華，孫玉發(fā)，于君之.特征基函數(shù)法快速分析導(dǎo)體目標(biāo)電磁散射特性[J].電波科學(xué)學(xué)報(bào)，2013，28（3）：438-442.

[6]Wang G H， Sun Y.F.Broadband Adaptive RCS Computation through Characteristic Basis Function Method[J].Journal of Electrical and Computer Engineering， 2014， 2014：1-5.

[7]Yao A M， Wu W， Hu J， Fang D G. Combination of Ultra-Wide Band Characteristic Basis Function Method and Asymptotic Waveform Evaluation Method in MoM Solution[C]. Proceedings of the 2013 International Symposium on Antennas and Propagation，2013：795-798.

[8]王仲根，孫玉發(fā)，王國(guó)華，等.應(yīng)用通用特征基函數(shù)求解目標(biāo)寬帶雷達(dá)散射截面[J].電波科學(xué)學(xué)報(bào)，2015，30（1）：91-96.

[9]王仲根，唐曉菀等.通用特征基函數(shù)法結(jié)合MBPE計(jì)算目標(biāo)寬帶RCS[J].安徽理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2018，38（3）：20-23.