一种基于时变等离子体鞘套识别技术仿真方法技术

本发明专利技术公开了一种基于时变等离子体鞘套识别技术仿真方法，包括：建立空间电磁场仿真模型和流场仿真模型，并采用四面体和六面体混合分别对两模型进行网格离散，得到两模型的结构信息，包括四面体、六面体的单元信息以及节点信息；将飞行器对应流场模型区域的节点信息映射到电磁场模型区域相应位置，求出电磁场模型每个单元对应的等离子体参数；利用时域不连续伽辽金方法对散射问题进行求解，获取等离子体影响下的回波信号；通过对等离子体密度的测量构建补偿因子，对等离子体影响下的回波信号进行补偿；通过上述步骤的仿真结果确定目标位置信息。本发明专利技术仿真结果表示相干累积结果在目标所在的位置有一个峰值，相干性能得到了显著提高。提高。提高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于时变等离子体鞘套识别技术仿真方法


[0001]本专利技术属于等离子体鞘套与目标识别问题的分析领域，特别是一种基于时变等离子体鞘套识别技术仿真方法。

技术介绍

[0002]据已有文献国内外对包覆等离子体目标识别研究较少，因此开展包覆等离子体鞘套目标的ISAR成像和目标识别的研究是在国防建设与对空天信息安全的需求背景下进行的，通过获取等离子体对目标远区电场的影响并与ISAR成像可以得到等离子体鞘套对 ISAR成像影响。
[0003]目前，对于包覆等离子体目标的识别，国外鲜有文章发表，国内的研究也处于起步阶段，停留在等离子体对成像的影响并未深入研究，到目前为止，没有对包覆等离子体目标识别有个明确定义和方法，在该背景下，研究包覆等离子体鞘套的高超声速目标的识别技术具有重要的意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于时变等离子体鞘套识别技术仿真方法，实现包覆等离子体目标的识别，相干性能得到了显著提高，可以获得目标所在位置的信息。
[0005]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于时变等离子体鞘套识别技术仿真方法，包括以下步骤：
[0006]建立空间电磁场仿真模型和流场仿真模型，并采用四面体和六面体混合分别对两模型进行网格离散，得到两模型的结构信息，包括四面体、六面体的单元信息以及节点信息；
[0007]将飞行器对应流场模型区域的节点信息映射到电磁场模型区域相应位置，求出电磁场模型每个单元对应的等离子体参数；
[0008]利用时域不连续伽辽金方法对散射问题进行求解，获取等离子体影响下的回波信号；
[0009]通过对等离子体密度的测量构建补偿因子，对等离子体影响下的回波信号进行补偿；
[0010]通过上述步骤的仿真结果确定目标位置信息。
[0011]进一步地，所述流场模型的节点信息包括原流场四面体网格上的温度、电子密度、压强及各气体质量分数。
[0012]进一步地，所述网格离散采用ANSYS对模型进行网格划分，通过赋不同材料号将等离子体区域和其他区域进行区分，根据材料号找到所属的飞行器网格。
[0013]进一步地，所述每个单元对应的等离子体参数为：
[0014][0015]ν
c
(i,j,k)＝5.2e18
·
n
e
(i,j,k)
·
kk
·
T(i,j,k)
ꢀꢀꢀ
(1.2)
[0016][0017]式中，i,j,k为X,Y,Z方向的流场点坐标，T代表流场点处的温度，kk为波尔兹曼常数，ω
p
和ν
c
分别是等离子体频率与碰撞频率，n
e
为电子密度，ε
r
为等离子体相对介电参数。
[0018]进一步地，所述利用时域不连续伽辽金方法对散射问题进行求解，获取等离子体影响下的回波信号获具体包括：
[0019]步骤3
‑
1，构建等离子体散射问题方程组，对方程组进行伽辽金法测试、未知量展开和矢量恒等变换，获取新的方程组；
[0020]步骤3
‑
2，将迎风通量并代入新的方程组中，求取近场值；
[0021]步骤3
‑
3，算出近场值后，在散射场设置外推面，通过求外推面上的面电流与面磁流，再由面电流与面磁流计算得出电流矩与磁流矩，获得时域远场的电场值，将时域远场值进行傅里叶变换求取物体RCS；
[0022]步骤3
‑
4，求取等离子体鞘套影响下的雷达回波。
[0023]进一步地，所述步骤3
‑
1具体包括：
[0024]构建等离子体散射问题方程组为:
[0025][0026][0027][0028]其中E为电场强度，单位为V/m，H为磁场强度，单位为A/m，ε为介电常数，单位是F/m，μ为磁导率，单位是Ω/m，ε0为真空介电常数，ε
∞
为无穷远处介电常数，值为1，ε
Drude
为等离子体介电常数，是Nabla算符；
[0029]将介电常数代入(1.4)第一式中：
[0030][0031][0032][0033]令：方程组写成：
[0034][0035]对公式(1.8)进行伽辽金测试，测试基函数为N
i
，对公式(1.8)采用矢量恒等式和高斯定理得到新的方程组为：
[0036][0037][0038][0039]其中，S为求解区域外表面，e
n
为该外表面的法向分量，Ω为求解区域，Δt为时间步进。
[0040]进一步地，所述近场值为：
[0041][0042]其中，参数参数
[0043]矩阵元素表达式如下：
[0044][0045][0046][0047][0048][0049][0050][0051]式中，Y＝1/Z代表本征导纳，上标“+”表示的是相邻体的信息，没有上标表示的是本体的信息，代表本征阻抗；
[0052]式(1.12)写成DGTD半离散形式为：
[0053][0054]式中，分别表示电场的测试基函数与展开基函数；分别表示磁场的测试基函数与展开基函数。
[0055]进一步地，所述步骤3
‑
3具体包括：
[0056]由等效原理求外推面上的面电流与面磁流分别为：
[0057][0058]式中，E(r,t)为近场值；
[0059]由面电流与面磁流计算得出电流矩与磁流矩为：
[0060][0061]式中，r表示场点的位置矢量，r
′
表示等效源的位置矢量，α表示两个矢量之间的夹角；r
′
cosα为：
[0062][0063]时域远场电场分量E
θ
和为：
[0064][0065][0066]物体RCS为：
[0067][0068]式中，F{
·
}表示的傅里叶变换，和表示的是远场电场值的两个分量，E
inc
(r,t)表示的是入射电场。
[0069]进一步地，所述步骤3
‑
4中等离子体鞘套影响下的雷达回波为：
[0070][0071]其中，T1和T2分别是雷达信号在发射和接收周期的传输系数，T1(Ne(t
‑
τ),fr(t))表示时变等离子体鞘层在传输周期所产生的影响，它是Ne(t)和fr(t)的函数， T2(Ne(t
‑
τ),fr(t))是接收周期时变等离子体鞘层所产生的效应，τ为透射系数T1和T2的电子密度时间间隔，f
r
为发射周期和接收周期的瞬时频率。
[0072]进一步地，所述补偿后的雷达回波为：
[0073][0074]其中是透射系数T1的相位，是透射系数T2的相位。
[0075]本专利技术与现有技本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于时变等离子体鞘套识别技术仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：建立空间电磁场仿真模型和流场仿真模型，并采用四面体和六面体混合分别对两模型进行网格离散，得到两模型的结构信息，包括四面体、六面体的单元信息以及节点信息；将飞行器对应流场模型区域的节点信息映射到电磁场模型区域相应位置，求出电磁场模型每个单元对应的等离子体参数；利用时域不连续伽辽金方法对散射问题进行求解，获取等离子体影响下的回波信号；通过对等离子体密度的测量构建补偿因子，对等离子体影响下的回波信号进行补偿；通过上述步骤的仿真结果确定目标位置信息。2.根据权利要求1所述的基于时变等离子体鞘套识别技术仿真方法，其特征在于，所述流场模型的节点信息包括原流场四面体网格上的温度、电子密度、压强及各气体质量分数。3.根据权利要求1所述的基于时变等离子体鞘套识别技术仿真方法，其特征在于，所述网格离散采用ANSYS对模型进行网格划分，通过赋不同材料号将等离子体区域和其他区域进行区分，根据材料号找到所属的飞行器网格。4.根据权利要求1所述的基于时变等离子体鞘套识别技术仿真方法，其特征在于，所述每个单元对应的等离子体参数为：ν
c
(i,j,k)＝5.2e18
·
n
e
(i,j,k)
·
kk
·
T(i,j,k)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1.2)式中，i,j,k为X,Y,Z方向的流场点坐标，T代表流场点处的温度，kk为波尔兹曼常数，ω
p
和ν
c
分别是等离子体频率与碰撞频率，n
e
为电子密度，ε
r
为等离子体相对介电参数。5.根据权利要求1所述的基于时变等离子体鞘套识别技术仿真方法，其特征在于，所述利用时域不连续伽辽金方法对散射问题进行求解，获取等离子体影响下的回波信号获具体包括：步骤3
‑
1，构建等离子体散射问题方程组，对方程组进行伽辽金法测试、未知量展开和矢量恒等变换，获取新的方程组；步骤3
‑
2，将迎风通量并代入新的方程组中，求取近场值；步骤3
‑
3，算出近场值后，在散射场设置外推面，通过求外推面上的面电流与面磁流，再由面电流与面磁流计算得出电流矩与磁流矩，获得时域远场的电场值，将时域远场值进行傅里叶变换求取物体RCS；步骤3
‑
4，求取等离子体鞘套影响下的雷达回波。6.根据权利要求5所述的基于时变等离子体鞘套识别技术仿真方法，其特征在于，所述步骤3
‑
1具体包括：构建等离子体散射问题方程组为:子体散射问题方程组为:
其中E为电场强度，单位为V/m，H为磁场强度，单位为A/m，ε...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁大志，包华广，张天成，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：