應用通用特征基函數法快速求解目標寬帶RCS

【摘 要】提出了一種快速計算目標寬帶RCS的有效算法。傳統通用特征基函數法構造的特征基函數可以用于求解整個頻段的電磁散射特性，但在求解低頻點電磁散射特性時會加大計算的復雜度，從而增加RCS的求解時間。本文提出的一種基于通用特征基函數法的加速算法，該方法采用自適應計算技術降低了低頻點的冗余計算。數值結果證明了該方法的有效性和精確性。

【關鍵詞】通用特征基函數法;自適應計算;特征基函數寬帶電磁散射特性;自適應計算

中圖分類號： O441 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）04-0129-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.04.052

0 引言

通用特征基函數法[1]是精確預估目標寬帶雷達散射截面的一種有效算法，該算法原理是通過改進基函數的產生方法從而重新構造特征基函數。

通用特征基函數法首先將目標劃分為M個子域[2]，然后在待分析頻率區間的高頻點fh處建模，最后應用寬角度入射波激勵照射各個子域。對于各個入射波激勵，可通過公式（1）求得主要特征基函數[3]：

由于探究了各子域間的耦合效應[7]，GCBFs包含了更多的導體目標表面特征電流信息，大大地提高了GCBFs計算低頻處RCS的精確度[8]。但是在待分析頻率區間的高頻率點處建模所得到的GCBFs要遠大于在低頻點處建模所得到的GCBFs數目。如果將高頻點處得到的GCBFs應用于整個待分析頻率區間，那么在低頻點處求解導體目標RCS時將會帶來大量冗余計算問題[9]。

1 自適應計算技術

為了降低低頻處的計算復雜度，本文基于GCBFM提出一種自適應計算技術。該技術探討了基函數數目隨頻率降低而減少這一規律，首先自適應將待分析頻率區間切割為多個小區間，然后分別在各個小區間的最高頻點處重新生成GCBFs，并基于此GCBFs計算該子區間的電流特征信息，最后將各個小區間的電流特征信息數據進行連合，從而計算出整個頻率區間的寬角度RCS。對于確定的頻率區間，自適應生成GCBFs的方法如下：

（1）設置起始頻率點fL=fmin和fH=fmax;

（2）在起始頻點fL、fH處分別生成GCBFs ，則目標所有基函數數目即為M個子域GCBFs的疊加和，表示為KL和KH。設σ=KLKH，若大于某一閾值ε（0<ε≤1），則可直接在[fL，fH]復用最高頻點的GCBFs并計算出寬帶RCS;若不滿足條件，取fmid=（fH+fL）/2，針對子頻段[fL，fH]和[fL，fH]繼續執行步驟（2）直到滿足閾值條件。

（3）將各個子頻率區間計算得到的RCS數據進行連合，即可得到整個確定區間的寬角度RCS。

采用自適應技術生成各個子區間的GCBFs，可以得出低頻區間GCBFs的數目顯著降低。在求解低頻區間RCS時大大縮短計算時間。

2 算例驗證與結果

為探究本文方法的有效性和精確性。對15cm×15cm導體平板寬帶RCS進行了計算。寬頻帶設置為100MHz～4GHz ，在4GHz對目標進行建模，在θ和φ方向上各設置8個平面波激勵。整個目標分成4個子域，未知變量數為3224。應用自適應技術將給定頻率區間自動分割為4個子區間，并在各個子區間構建GCBFs。與傳統GCBFM相比的結果如圖1所表示。表1列出兩種方法在各個子區間生成GCBFs的數目以及RCS求解時間。根據圖1和表1可以得出兩種方法吻合度比較高，而采用自適應技術明顯縮短的低頻區間RCS的求解時間。

3 結論

本文提出了一種自適應算法。該算法根據基函數的數目隨頻率降低而減少的特點，將確定的頻率區間自動分割成若干小區間并分別在各個小區間的高頻點處重新生成GCBFs，基于此GCBFs計算該子區間的電流特征信息，最后將各個小區間的電流特征信息數據進行連合，從而計算出整個頻率區間的寬角度RCS。數值計算結果表明，兩種方法吻合度比較高，而采用自適應技術明顯縮短的低頻區間RCS的求解時間。

【參考文獻】

[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.應用改進的主要特征基函數快速計算目標寬角度RCS[J].電子信息學報，2018，40（3）：573-578

[3]潘小敏，盛新慶.電特大目標散射的多層快速多極子高性能計算[J].系統工程與電子技術， 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]王國華，孫玉發，于君之.特征基函數法快速分析導體目標電磁散射特性[J].電波科學學報，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，王國華，等.應用通用特征基函數求解目標寬帶雷達散射截面[J].電波科學學報，2015，30（1）：91-96.

[9]王仲根，唐曉菀等.通用特征基函數法結合MBPE計算目標寬帶RCS[J].安徽理工大學學報，2018，38（3）：20-23.