一种非均匀媒质可视求迹散射分析方法技术

一种非均匀媒质包覆目标的雷达散射截面高效计算方法，首先将非均匀介质按照其电磁参数等效为分层均匀媒质，在OpenGL中进行光照模型设置和三维视点选取，并将这三部分信息输入图形硬件处理器，由图形硬件处理器完成三维目标的“自动遮挡”，输出“自动遮挡”后显示在计算机屏幕上的实时目标图和可见像素信息，包括每个像素的亮度值(R，G，B)和三维坐标(x，y，z)，根据入射电磁波的方向，然后在OpenGL中逐层显示射线到达的媒质分界面，提取各个像素的亮度与坐标信息，结合分界面两侧的电磁参数确定射线的反射与折射，从而追踪射线的方向，确定射线到达目标本体时，目标各像素的入射电磁波入射方向，在损耗媒质中，同时计算每条射线在传播路程上的衰减，最后由物理光学场与边缘绕射场积分计算出非均匀媒质包覆目标雷达散射截面。本发明专利技术的优点在于提供了一种基于图形显示的计算非均匀媒质雷达散射特性新方法，克服了传统计算方法效率低和实验测量方法成本高、大尺寸媒质不可算、人为控制困难等缺点，实现了非均匀媒质电磁散射特性的高效快速计算。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及雷达
，具体涉及，该方法主要应用于大尺度非均匀媒质包覆目标的电磁散射特性分析。
技术介绍
对非均匀媒质的电磁特性分析大部分国内外学者研究对象主要集中在一维、二维等离子体的散射特性，而且采用的分析手段主要采用经典的解析方法，近年来一些学者引入了当前较为流行的数值算法-FDTD方法进行等离子体涂敷目标的散射仿真，此外很少有其他的数值仿真方法。FDTD方法作为目前分析时变电磁场的常用方法，在解决非均匀媒质、色散媒质等问题时具有其独特的优越性，但在实际运用中，根据FDTD算法稳定性和计算精度的要求，空间网格的最大尺寸应小于波长的十分之一，在仿真电大尺寸和复杂的EM(电磁)结构目·标的时候，运作区域太大，或者网格不可能划分，因此运作的网格数目庞大，导致计算所需内存急剧上升，超出了单台微机的承受能力。另外FDTD的迭代通常需要几千个时间步，计算耗时巨大。可以看出FDTD在实际处理时遇到了两个巨大的挑战计算时间过长和耗用内存太大。在当前的计算能力下，有些工程问题根本无法工作。因此本专利技术用可视求迹的方法来运作非均匀媒质的电磁散射分析，为非均匀媒质的散射稳定性和运作精度的要求提供了一种有效可行的方法
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题是借助图形硬件处理器的三维图像“自动遮挡”功能，以及几何光学的射线理论，实现非均匀媒质电磁散射的快速运作。为解决技术问题本专利技术的所采用的技术方案是提供，该方法通过如下步骤实现。步骤1，非均匀媒质可视求迹散射分析方法，首先对非均匀媒质根据起参数分布进行分层，将各层假定为均匀媒质，并得到各分层界面的几何参数，分界面可以是任意的二次曲面，以dxf后者mesh格式文件保存。步骤2，当雷达参数确定后，在雷达视线方向，根据射线到达的先后次序显示各个分层界面，直到射线入射到被包覆的目标上，同时，进行光照模型设置和三维视点选取，光照模型设置的目的在于对目标图像进行着色，以得到目标面元和棱边元的相关几何信息，三维视点选取在单站雷达的位置。步骤3，将几何模型、光照模型和三维视点这三部分信息输入图形硬件处理器，由图形硬件处理器完成三维目标的“自动遮挡”，即基于硬件的快速处理功能，得到模型可见部分的多边形集合，输出“自动遮挡”后显示在计算机屏幕上的实时目标图和所有像素信息，包括每个像素的亮度值(R，G，B)和三维坐标(X，y, z)。步骤4，在已知分层均匀媒质分界面各像素之法矢以及入射射线入射方向的条件下，根据几何光学的原理，射线在各层分界面上发生反射和折射，假设分层界面上每个像素为平面，根据该像素两侧媒质的参数，对射线进行求迹。步骤5，追踪到入射至目标本体的每一个像素上的射线的传播轨迹以及最后的射入矢量，根据射线的传播轨迹获得射线传播中的扩散因子来计算入射到目标每一像素上的射线之幅度，由此，由物理光学和物理绕射理论计算出该条件下的目标的雷达散射截面。步骤6，在有耗的媒质中，根据每一条射线的传播路径，以及所经过各层媒质的参数，根据WKB法计算出由损耗引起的衰减量。本专利技术的优点是提供了一种基于图形显示的计算非均匀媒质雷达散射特性新方法，克服了传统计算方法效率低和实验测量方法成本高、大尺寸媒质无法工作、人为控制困难等缺点，实现了非均匀媒质电磁散射特性的高效快速计算。附图说明 图I是非均匀媒质可视求迹散射分析方法流程图。图2是非均匀媒质可视求迹射线轨迹示意图。具体实施例方式下面对本专利技术做进一步详细描述。参见图I非均匀媒质可视求迹散射分析方法流程图。首先对非均匀媒质根据其参数分布进行分层，当非均匀媒质特征参数在其梯度方向上分布不均，而在该垂直该梯度方向上媒质参数近似均匀分布，则可以根据计算所需要的精度设定特征参数步长，对介质区域进行分层，将等参数面作为分层边界，相邻两个等参数面之间的区域则可等效为均匀媒质，分界面可以是任意的二次曲面，以dxf后者mesh格式文件保存。当雷达参数确定后，在雷达视线方向，根据射线传播过程中到达介质各分层边界的先后次序显示各个分层界面，直到射线入射到被包覆的目标上，同时，进行光照模型设置和三维视点选取，光照模型设置的目的在于对目标图像进行着色，以得到目标面元和棱边元的相关几何信息，三维视点选取在单站雷达的位置。将几何模型、光照模型和三维视点这三部分信息输入图形硬件处理器，由图形硬件处理器完成三维目标的“自动遮挡”，即基于硬件的快速处理功能，得到模型可见部分的多边形集合，输出“自动遮挡”后显示在计算机屏幕上的实时目标图和所有像素信息，包括每个像素的亮度值(R，G，B)和三维坐标(X，y,z)。亮度值(R，G, B)由下式计算，R = η X - nx-,G = n- y = ny；B = it - z = nz其中，/i是像素所处表面的法矢，i，_ 和: 是红、绿、蓝三色光源所处的方向矢量，亮度值(R，G，B)就是法矢A的各分量(nx，ny，nz)。参见图2非均匀媒质可视求迹射线轨迹示意图。在已知分层均匀媒质分界面各像素之法矢量以及入射射线入射方向的条件下，根据几何光学的原理，射线在各层分界面上发生反射和折射，假设分层界面上每个像素为平面，根据该像素两侧媒质的参数，由Snell定律(公式(I))对射线进行求迹nn sin θ n = nn+1 sin Θ t(I)最后，追踪到入射至目标本体的每一个像素上的射线的传播轨迹以及最后的射入矢量，根据射线的传播轨迹获得射线传播中的扩散因子A(s)来计算入射到目标每一像素上的射线之幅度，由此，可以由物理光学和物理绕射理论(公式(2)-(7))计算出该条件下的目标的雷达散射截面σ。在有耗的媒质中，根据每一条射线的传播路径，以及所经过各层媒质的参数，可以根据WKB法计算出由损耗引起的衰减量。权利要求1.，其特征在于通过如下步骤实现 步骤1，非均匀媒质可视求迹散射分析方法，首先对非均匀媒质根据起参数分布进行分层，将各层假定为均匀媒质，并得到各分层界面的几何参数，分界面可以是任意的二次曲面，以dxf后者mesh格式文件保存； 步骤2，当雷达参数确定后，在雷达视线方向，根据射线到达的先后次序显示各个分层界面，直到射线入射到被包覆的目标上，同时，进行光照模型设置和三维视点选取，光照模型设置的目的在于对目标图像进行着色，以得到目标面元和棱边元的相关几何信息，三维视点选取在单站雷达的位置； 步骤3，将几何模型、光照模型和三维视点这三部分信息输入图形硬件处理器，由图形硬件处理器完成三维目标的“自动遮挡”，即基于硬件的快速处理功能，得到模型可见部分的多边形集合，输出“自动遮挡”后显示在计算机屏幕上的实时目标图和所有像素信息，包括每个像素的亮度值(R，G，B)和三维坐标(X，y, z)； 步骤4，在已知分层均匀媒质分界面各像素之法矢以及入射射线入射方向的条件下，根据几何光学的原理，射线在各层分界面上发生反射和折射，假设分层界面上每个像素为平面，根据该像素两侧媒质的参数，对射线进行求迹； 步骤5，追踪到入射至目标本体的每一个像素上的射线的传播轨迹以及最后的射入矢量，根据射线的传播轨迹获得射线传播中的扩散因子来计算入射到目标每一像素上的射线之幅度，由此，由物理光学和物理绕射理论计算出该条件下的目标的雷达散射截面； 步骤6，在有耗的媒质中，根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非均匀媒质可视求迹散射分析方法，其特征在于通过如下步骤实现：步骤1，非均匀媒质可视求迹散射分析方法，首先对非均匀媒质根据起参数分布进行分层，将各层假定为均匀媒质，并得到各分层界面的几何参数，分界面可以是任意的二次曲面，以dxf后者mesh格式文件保存；步骤2，当雷达参数确定后，在雷达视线方向，根据射线到达的先后次序显示各个分层界面，直到射线入射到被包覆的目标上，同时，进行光照模型设置和三维视点选取，光照模型设置的目的在于对目标图像进行着色，以得到目标面元和棱边元的相关几何信息，三维视点选取在单站雷达的位置；步骤3，将几何模型、光照模型和三维视点这三部分信息输入图形硬件处理器，由图形硬件处理器完成三维目标的“自动遮挡”，即基于硬件的快速处理功能，得到模型可见部分的多边形集合，输出“自动遮挡”后显示在计算机屏幕上的实时目标图和所有像素信息，包括每个像素的亮度值(R，G，B)和三维坐标(x，y，z)；步骤4，在已知分层均匀媒质分界面各像素之法矢以及入射射线入射方向的条件下，根据几何光学的原理，射线在各层分界面上发生反射和折射，假设分层界面上每个像素为平面，根据该像素两侧媒质的参数，对射线进行求迹；步骤5，追踪到入射至目标本体的每一个像素上的射线的传播轨迹以及最后的射入矢量，根据射线的传播轨迹获得射线传播中的扩散因子来计算入射到目标每一像素上的射线之幅度，由此，由物理光学和物理绕射理论计算出该条件下的目标的雷达散射截面；步骤6，在有耗的媒质中，根据每一条射线的传播路径，以及所经过各层媒质的参数，根据WKB法计算出由损耗引起的衰减量。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王谷，黄伟忠，杨革文，顾村锋，胡天俊，宋璘琳，朱迪，陈德红，李晨，程剑熹，
申请(专利权)人：上海机电工程研究所，
类型：发明
国别省市：