超高速飞行目标的电磁散射分析方法

摘要

本发明公开了一种超高速飞行目标的电磁散射分析方法。针对包裹在超高速飞行目标周围等离子体的非均匀特性，采用了体面积分方程方法进行分析，对等离子体等效相对介电常数接近于1的部分当作空气进行处理，等效相对介电常数较大的区域采用自适应网格加密处理，以便达到所需的求解精度。相对于采用统一网格体剖分等离子壳套的传统方法，本发明中的方法可以大大的节省计算资源，同时由于体面积分方程中采用的格林函数为真空中的格林函数，多层快速多级子技术被用来进一步加速求解，使得本发明对于求解超高速飞行目标散射问题需要更少的计算内存以及计算时间。

主权项

1.一种超高速飞行目标的电磁散射分析方法，其特征在于步骤如下：第一步，建立超高速飞行目标等离子壳套模型，根据飞行目标的飞行高度、攻角和飞行马赫数参数，对超高速飞行目标进行气动模拟计算，得到目标的电子数密度、温度和压强信息数据，由此得到等离子体特征频率以及碰撞频率，再由以下公式得到等离子壳套各空间位置的等效相对介电常数，${ϵ}_r=1-\frac{{{\omega }^2}_{\mathrm{pe}}}{{\omega }^2+v^2}-j\frac{v}{\omega }\frac{{{\omega }^2}_{\mathrm{pe}}}{{\omega }^2+v^2}---\left(1\right)$其中ω_pe为等离子体特征频率，ω为电磁波频率，v为等离子体碰撞频率；第二步，对飞行目标金属部分采用三角形剖分，等离子壳套等效相对介电常数接近于1的部分当作空气，不需要进行网格剖分，等离子壳套非空气区域部分采用四面体剖分，并对等效相对介电常数较大的区域采用自适应网格加密处理；第三步，根据包裹等离子壳套高超速飞行目标结构的散射特性，采用矩量法基础理论，得到体面积分方程，其矩阵方程形式为：$\left[\begin{array}{cc}{Z}_{\mathrm{mn}}^{\mathrm{DD}}& Z_{\mathrm{mn}}^{\mathrm{MD}}\\ Z_{\mathrm{mn}}^{\mathrm{DM}}& Z_{\mathrm{mn}}^{\mathrm{MM}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{D}_n\\ I_n\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{v}_m^V\\ v_m^S\end{array}\right]$(2)Z^DD代表介质对介质的作用，Z^DM表示介质对金属的作用，Z^MD都表示介质和金属的相互作用部分，Z^MM表示金属对金属的作用,D_n和I_n是待求未知系数，和是右边向量激励；第四步，对第三步中的自由空间格林函数按照加法定理展开，并给出体面积分方程中的体聚合因子、转移因子和配置因子的具体表达式；第五步，求解矩阵方程（2），得到电流系数，再根据互易定理由电流系数计算电磁散射参量。