Моделирование рассеяния электромагнитных волн сложными объектами

курсовая работа

2.2 Радиолокационный портрет протяженной поверхности

Было отмечено выше, что поверхность любого трехмерного объекта можно описать фацетной моделью, т.е. представить в виде аппроксимации полигональной сеткой. Ячейкой такой сетки является элементарный отражатель (фацет). Локальными элементами сцены считаются плоские отражатели, вершины которых лежат на поверхности объекта. Результирующее дифракционное поле рассеяния радиолокационной сцены в целом определяется путем когерентного суммирования локальных полей рассеяния отдельных элементов принадлежащих различным элементам сцены. Было отмечено, что вклад в результирующее поля рассеяния вносят следующие «локальные эффекты»: зеркальное рассеянное поле от гладких элементов радиолокационной сцены; дифракционное поле от острых кромок элементов сцены, участков разрыва гладкой поверхности цели; «ползущие» волны; «бегущие» волны; переотражения электромагнитных волн между элементами сцены.

Геометрия задачи представлена на рис. 2.7. Плоскость xOy является средней плоскостью морской поверхности. В точке O(x0, y0, z0,) находится передающая система, характеризующаяся пространственной диаграммой направленности Fr, в точке O`(x1, y1, z1,) находится приемная система с диаграммой направленности Fs. Морская поверхность задана дискретными отчетами согласно выражения . Пространственный параллелограмм (ABCD) представляет собой отражательную площадку. Из точки O(x0, y0, z0,) распространяется сферическая волна.

рис. 2.7

Фронт падающей сферической ЭМВ в окрестностях отражательной площадки можно представить локально плоским при выполнении критерия дальней зоны. Критерий дальней зоны для i-ой отражательной площадки имеющей линейный размер Li можно записать в виде

,

где s - минимальная длина волны зондирующего сигнала.

Под линейным размером площадки Li понимается максимальная диагональ пространственного параллелограмма (ABCD).

В области трехмерного моделирования и конструирования в качестве ячейки полигональной сетки широко используется треугольник. Это позволяет добиться наилучшей точности аппроксимации объектов сложной геометрической конфигурации.

Поскольку точки A, B, C и D в общем случае не лежат в одной плоскости пространственный параллелограмм целесообразно представить в виде двух треугольников рис. 2.8.

Сформируем поляризационный базис падающей локально плоской волны в окрестности каждого из треугольников. Падающая на каждый из треугольников плоская волна характеризуется вектором поляризации и направляющим вектором (единичный орт радиус-вектора ). Орт определяет направление вертикальной поляризации в базисе падающей волны и характеризует амплитуду вертикальной составляющей вектора напряженности электрического поля в окрестностях каждого треугольника. Орт задает направление горизонтальной поляризации.

рис. 2.8

Направление распространения каждой из отраженных волн на приемную систему с локальным вектором поляризации характеризуется направляющим вектором , который проводится из средней точки треугольника в точку расположения приемной системы. Поляризационный базис представляет локально плоскую волну рассеянную каждым из треугольников.

Предполагается, что треугольный элемент обладает вполне определенными электродинамическими свойствами. В общем случае электродинамические параметры задаются с помощью комплексной диэлектрической проницаемости и магнитной проницаемости . Треугольный элемент может обладать многослойным покрытием с различными диэлектрическими проницаемостями. В дальнейшем под элементарным отражателем (ЭО) будем подразумевать треугольники, образованные из пространственного параллелограмма (см. рис. 2.8).

Рассеивающие свойства ЭО описывает однопозиционная матрица рассеяния [39]

.

Здесь - элементы матрицы рассеяния i-ого ЭО для случая линейной поляризации, представляют собой комплексные коэффициенты отражения в базисах падающей и отраженной волн. - комплексная амплитуда напряженности рассеянного ЭО поля в базисе ; - комплексная амплитуда напряженности электрического поля в базисе ; Т - символ транспонирования.

Комплексный характер элементов матрицы рассеяния непосредственно указывает на учет фазовых набегов. Абсолютные значения аргументов всех элементов матрицы определяются расстоянием между приемной системой и ЭО. Поэтому такой фазовый множитель может быть вынесен за знак матрицы. В связи с этим в [39] вводится понятие абсолютной и относительной матрицах рассеяния. Запишем однопозиционную относительную матрицу рассеяния в следующем виде

.

В дальнейшем будем использовать только «относительные» элементы матрицы рассеяния .

В результате анализа выражения было выявлено, что поверхность является непрерывной. Анализ геометрии задачи показал, что при минимальной высоте расположения приемной и передающей системы определяющейся режимом работы радиолокатора, эффект затенения поверхности проявляется только за границами участка квазиоднородности и квазистационарности поверхности. Таким образом, можно заключить, что поле рассеяния протяженного объекта заданного выражением в окрестности приемной системы будет равно сумме рассеянных полей зеркального отражения совокупности ЭО этой поверхности, а также вкладу поля от переотражений между элементами сцены.

Делись добром ;)