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现代高科技战争中卫星的作用越来越明显,因而对卫星目标的探测、识别和跟踪就越来越重要。要实现地基雷达对卫星目标的快速而准确的探测、识别和跟踪,其有效途径之一是发展和使用宽频带雷达,这使得卫星宽频带散射特性研究具有重要现实意义。本文采用时域有限差分方法对典型卫星目标的宽带散射特性进行了系统研究。
本文研究了适合复杂目标宽带电磁散射计算的并行时域有限差分(FDTD)算法,以及适合包含各向异性介质材料目标时域宽带散射计算的FDTD算法,在此基础上开发了有关散射计算的程序代码;实现了利用计算机辅助设计(CAD)技术对卫星目标进行FDTD几何一电磁建模的方法;利用上述相关算法和模型计算了典型卫星目标的宽带电磁散射特性,系统研究了包括几何外形、姿态运动以及星上非金属材料元件对卫星宽带散射特性的影响,得到了一些有意义结论。本文主要工作和研究成果包括以下方面:
1.在基于消息传递机制的并行FDTD算法基础上,研究了适合宽频带宽角度电磁散射问题的并行时域外推方法,开发了相应计算软件包,在此基础上讨论了非阻塞通信模式下并行FDTD方法的空间划分和计算效率关系问题。
2.提出了一种结合卫星姿态的FDTD宽带散射特性分析方法,系统分析了自旋稳定卫星和三轴稳定卫星在“翻滚”、“俯仰”和“偏航”三种姿态变化对其散射远场的时域响应特性和宽频带散射特性的影响的规律。这些规律有助于寻求卫星电磁散射特性对姿态变化的敏感量,进而为卫星目标的探测识别提供帮助。
3.研究开发了适合计算含有各向异性介质目标宽带电磁散射特性的FDTD程序,用它计算了典型卫星目标涂敷各向异性介质材料后的时域宽带电磁散射特性,综合研究了涂敷材料与涂敷厚度对典型卫星目标宽带散射特性的影响,得到了有意义的结论。
4.研究了卫星典型非金属部件--太阳能电池板对卫星电磁散射特性的影响规律,给出了卫星散射特性计算中可以将太阳能电池板当作金属板处理的依据和适用范围。
本文的研究成果及研究方法和数据不但对于地基宽带雷达技术和卫星隐身和反隐身技术的发展具有非常重要的意义,而且可为其他实际复杂目标的时域宽带散射精确建模与分析打下可靠的方法和软件基础。