瞬态矢量辐射传输理论箔条云散射处理方法技术

本发明专利技术属于箔条云时域散射计算技术领域，公开了一种瞬态矢量辐射传输理论箔条云散射处理方法，对入射波——线性调频信号进行分段傅立叶变换，获取其频率信息；基于箔条云空间分布模型使用K‑means算法对其进行分区处理，并使用线矩量法计算瞬态矢量辐射传输理论所需的分区衰减系数信息；基于分区数据和获得的区域内能量衰减系数，使用蒙特卡洛方法对瞬态矢量辐射传输方程进行求解，实现瞬态矢量辐射传输方程的并行快速求解；基于瞬态矢量辐射传输方程的求解结果，经过数据处理得到Stokes矢量四个分量随时间变化结果。本发明专利技术克服了现有技术中大体量箔条云时域散射无法计算或计算效率低的问题。

Transient vector radiation transport theory chaff cloud scattering processing method

【技术实现步骤摘要】
瞬态矢量辐射传输理论箔条云散射处理方法
本专利技术属于箔条云时域散射计算
，尤其涉及一种瞬态矢量辐射传输理论箔条云散射处理方法。
技术介绍
目前，最接近的现有技术：在现代电磁战争中，箔条因其历史悠久、制作简单、作用明显、成本低廉，被广泛应用。在电子对抗中作为主要侦察装备的雷达，在各国防御中发挥着至关重要的作用。因而现代战争特别是在未来战争中，箔条干扰技术通过在空间中释放数量庞大的箔条，致使敌方雷达在获得的回波与目标真实的回波之间的差异较大，从而敌方雷达不能准确和快速识别目标，这种干扰方式不需要预先了解敌方雷达的特性，通用性较强，其对雷达的干扰主要有两种方式，一是通过干扰物自身产生回波、掩盖目标的真实回波，二是改变干扰物空间位置和结构，使它的回波与真实的目标回波相似，来诱骗敌方雷达对目标的侦查判断。箔条弹由发射至空中炸开到形成箔条云分为非成熟期和成熟期。非成熟期是指箔条从箔条弹中炸开但还没有完全扩散开的这一段时期。在这一时期，箔条密度急剧减小，雷达后向散射截面急剧增大，其空间分布是不均匀和时变的，不具有干扰能力，成熟期是指箔条充分扩散后无论本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种瞬态矢量辐射传输理论箔条云散射处理方法，其特征在于，所述瞬态矢量辐射传输理论箔条云散射处理方法包括以下步骤：/n第一步，对入射波——线性调频信号进行分段傅立叶变换，获取频率信息；/n第二步，基于箔条云空间分布模型使用K-means算法进行分区处理，并使用线矩量法计算瞬态矢量辐射传输理论所需的分区衰减系数信息；/n读取箔条云团空间分布数据，并基于K-means算法对箔条云团进行区域划分包括：/n(1)调用箔条云的空间分布及取向信息，数据的读入格式为：/n

【技术特征摘要】
1.一种瞬态矢量辐射传输理论箔条云散射处理方法，其特征在于，所述瞬态矢量辐射传输理论箔条云散射处理方法包括以下步骤：
第一步，对入射波——线性调频信号进行分段傅立叶变换，获取频率信息；
第二步，基于箔条云空间分布模型使用K-means算法进行分区处理，并使用线矩量法计算瞬态矢量辐射传输理论所需的分区衰减系数信息；
读取箔条云团空间分布数据，并基于K-means算法对箔条云团进行区域划分包括：
(1)调用箔条云的空间分布及取向信息，数据的读入格式为：



其中，(x,y,z)是箔条中心点的坐标，单位为m，是箔条的取向，单位为弧度；
(2)箔条相互之间的距离对箔条云进行分类，间接反映箔条云不同区域的分布数密度，箔条云分区包括：1)在箔条中心点模型中，随机选择K个中心点；2)遍历所有箔条云空间中心点数据，将每个箔条中心点归属为K个拟定中心点所对应的类别中；3)计算K个聚类中每一个子类的重心，并作为新的K个分类的中心点；4)重复2)、3)，直至K类中心点不再变化或小于指定阈值；将箔条云进行分区，分区后数据存储格式为：
(x′,y′,z′,N)；
其中，(x′,y′,z′)是分区后的箔条中心点的坐标，N为分区编号；
第三步，基于分区数据和获得的区域内能量衰减系数，使用蒙特卡洛方法对瞬态矢量辐射传输方程求解，使用光子发射、输运、碰撞、接收过程追踪的方法实现瞬态矢量辐射传输方程的并行快速求解；
第四步，基于瞬态矢量辐射传输方程的求解结果，经过数据处理得到Stokes矢量四个分量随时间变化结果。


2.如权利要求1所述的瞬态矢量辐射传输理论箔条云散射处理方法，其特征在于，所述第一步包括：对入射波——线性调频信号进行分段处理，并做傅立叶变换，获取其频率信息；
(1)线性调频信号是指瞬态频率随时间呈线性变化的信号，Chrip信号的时域表达式写为：



其中，t是时间变量，单位为秒；T为脉冲持续时间；K是线性调频斜率，单位是Hz/s；
角度表达式：



对时间取微分后的瞬态频率为：



信号的带宽是Chrip信号的斜率和时间的乘积：
Bw＝|K|T；
带宽决定了能够达到的分辨率；
(2)基于线性调频信号的瞬态频率随时间呈线性变化的情况，对线性调频信号进行分段处理，并利用傅立叶变换FFT将信号分解成频率谱进而求得各分段信号的中心频率，傅立叶变换公式如下：



(3)利用定积分法计算入射线性调频信号的概率分布与累计概率分布，把直角坐标系上的函数的图像用平行于y轴的直线把其分割成无数个矩形，把某个区间[a,b]上的矩形累加起来，所得到的就是函数的图像在区间[a,b]的面积，定积分法的表达式如下：



对于所有实数x，累积分布函数定义如下：
FX(x)＝P(X≤x)；
将累积分布函数应用到分段入射波信号的概率分布的求解中，概率的获得是利用定积分求得的分段信号的面积与整个时段内函数的面积比值求得。


3.如权利要求1所述的瞬态矢量辐射传输理论箔条云散射处理方法，其特征在于，所述第三步使用随机抽样算法，在每个分区使用离散事件抽样算法抽取相邻少量箔条利用线矩量法计算电磁波的极化传输损耗，建立数据库，包括以下步骤：
(1)在某一分区中，使用均匀分布随机数选中该区域中某一箔条：
N(i)＝unrand(1,Mi)；
其中，函数unrand(1,Mi)依均匀分布随机产生大于等于1且小于等于Mi的正整数N(i)，标记i是区域的索引号，Mi表示第i个区域箔条总数量；
(2)在某一分区中，同样使用K-means算法寻找与第N(i)号箔条最为临近的Q根箔条，并使用线矩量法计算被选择的Q根箔条电磁散射结果，每根箔条被分成T段，在每一段上定义矢量基函数：



其中，xm为第m段的中点，Δxm为第m段的长度，所有箔条电流表示为：



其中，αn是待定系数，定义在第n段之上，在其他段为零，当箔条是理想导体时，在箔条表面建立如下电场积分方程：



其中，和分别为场点和源点，为入射波电场强度，将函数作为未知函数f代入泛函方程：
L(f)＝g；
得到：



其中，L是积分方程线性算子，使用伽略金法，将权重函数wn作为检验函数，与方程两边进行内积运算，得到：



建立矩阵方程：
[lmn][αn]＝[gm]；
其中，



求解上述矩阵方程，得出αn的解，得到Q根箔条表面的电流分布函数的具体表达式，使用：



求得散射远场，并确定Q根箔条的远场雷达散射截面：



(3)在获取Q根箔条的雷达散射截面的基础上计算损耗系数κ：
κ＝-nσ；
其中，n是单位体积箔条的数密度；
(4)对每个分区进行Delaunay三角剖分和外包络建立，并针对不同区域的外包络每个三角形顶点、法向量、中心点索引建立数据库。


4.如权利要求3所述的瞬态矢量辐射传输理论箔条云散射处理方法，其特征在于，针对不同区域的外包络每个三角形顶点、法向量、中心点索引建立数据库包括以下步骤：
(1)采用Bowyer逐点插入法实现Delaunay三角剖分；将点集内所有的点包含在一个超级三角形中进行处理，实现箔条云每个分区的Delaunay三角剖分；
1)在箔条空间分布点中取相邻三个点A、B、C，在点A、B、C外面建立一个超级三角形PQR；
2)分析A点，因为A点在超级三角形PQR内部，把A点和P、Q、R三点分别连线；
3)再考虑B点，看B点在哪个子三角形的内部，结果发现只在AQR三角形内部，于是B点分别和AQR这个三角形的三个顶点连线；
4)此时一共有五个三角形，分别画出这五个三角形的外接圆，对C点检查是否在这五个三角形的外接圆内；
5)判定结果可知C点在三角形APR和三角形ABR的外接圆内，删除这两个三角形的公共边AR，然后从C点分别向这两个三角形组合起来的四边形的四个顶点连线；
6)最后把含有超级三角形PQR顶点的三角形全部删除，就能得到确定的Delaunay三角形；
(2)剖分寻找外包络点；
1)依据给定的箔条云空间数据，寻找三个维度的最大值和最小值：
xmax，xmin，ymax，ymin，zmax，zmin；
并在空间使用长方体进行剖分，每个长方体的三个方向上的边长为(Δx,Δy,Δz)，于是，每个长方体区域的中心点为：

且
其中，ceil()函数表示向上取整数；
2)使用收缩算法，自外向内搜索每一层盒子，遇到盒子有点存在时停下；
(3)确定外包络三角剖分外法线方向，使用连续临边外法向方向计算准则，两相邻三角形的顶点分别为A，B，C和B，C，D；m，n，p是三角形ABC三个顶点序号，w，g，h为三角形BCD的三个顶点，按照右手螺旋定则和从小到大的顺序计算三角形ABC法向量为：



三角形BCD的三个顶点的标号自小到大依次为BDC、CBD、DCB，继续下去，编号所有的三角形顶点，则在循环每一个三角形时，按照右手定则确定外法线方向，对于外包络中心点坐标使用三顶点坐标的代数均值计算。


5.如权利要求4所述的瞬态矢量辐射传输理论箔条云散射处理方法，其特征在于，所述使用收缩算法，自外向内搜索每一层盒子，遇到盒子有点存在时停下包括：
1)对于盒子序号为N(n,:,:)区域1：如果(n-1,m,p)盒子中已经存在标志位为1的点，则后续(:,m,p)盒子不再进行判断；否则，循环(m,p)，如果盒子N(n,m,p)不为0，则该盒子内最外侧点标记为1；
2)对于盒子序号为N(:,m,:)的区域2：如果盒子(n,m-1,p)中已经存在标志位为1的点，则后续(n,:,p)盒子不再进行判断；否则，循环(n,p)，如果盒子N(n,m,p)不为0，则该盒子内最外侧点标记为1；
3)对于盒子序号为N(:,:,p)的区域3：如果盒子(n,m,p-1)中已经存在标志位为1的点，则后续(n,m,:)盒子不再进行判断；否则，循环(n,m)，如果盒子N(n,m,p)不为0，则该盒子内最外侧点标记为1。


6.如权利要求1所述的瞬态矢量辐射传输理论箔条云散射处理方法，其特征在于，所述第三步包括：建立瞬态矢量辐射传输方程，并使用蒙特卡洛方法模拟光子在箔条云团中...

【专利技术属性】
技术研发人员：李春咏，郭立新，左炎春，刘伟，骆颖，杨程莉，刘松华，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61