共振条件下等离子体包覆复杂目标电磁散射特性研究

非均匀等离子体与电磁波的相互作用是等离子体隐身和"黑障通信"中的基本问题，也是多年来等离子体技术领域关注的重点问题。由于在入射频率与等离子体特征频率相近时，入射电磁波在非均匀过密等离子体中会产生共振吸收、共振传输等复杂的模式转换、波模相干现象，即发生共振效应，对目标的隐身性能及信号传输产生重大影响。本课题旨在研究平面电磁波入射至具有复杂空间分布非均匀等离子体中的共振传播现象，综合考虑电子数密度非均匀分布状态、碰撞频率、外加磁场等因素对电磁波传播的影响，形成象散波在共振区的传播模型，并在射线追踪、物理光学、物理绕射理论等高频散射计算方法中融入二阶W.K.B.解、Airy积分建立共振条件下等离子体包覆复杂金属目标的电磁散射模型，实现满足飞行器隐身设计需求并提供雷达与飞行器有效通信的技术支持，具有重要理论及工程应用价值。

本项目针对等离子体包覆金属目标并实现降低目标的雷达散射截面这一目标，分别研究了非磁化等离子体中电磁波传播特性、磁化等离子体中电磁波传播特性以及等离子体对目标雷达散射特性的影响，重点分析了入射电磁波在等离子体由碰撞频率引起的碰撞衰减、等离子体参数非均匀特性引起的折射衰减以及非磁化等离子体对电磁波的共振吸收，同时设计并实现了以WKB、阻抗边界条件为基础的金属目标雷达散射截面计算方法和可视化计算技术。项目取得了一些有用的成果，主要研究内容及贡献如下：. 1、以非磁化等离子体中电磁波传播特性为研究对象，利用WKB解分析了不同波段下电磁波在非均匀等离子体中的传播特性，并在WKB一阶解的基础上引入二阶解，从而对非磁化非均匀等离子体中场量的变化给出更加准确的数学模型。. 2、以磁化等离子体中电磁波传播特性为研究对象。由于外加磁场的存在，使得等离子体变成各项异性的介质，电磁波在其中的传播特性变得更加复杂，当入射平面波进入等离子体后，将根据磁场的方向转变成不同圆极化的寻常波或是异常模式的电磁波。电磁波的能量衰减通过对WKB解的改进进行估算，而电磁波在其中的传播路径也变得更加复杂，给出了等离子体作为各向异性介质时散射特性计算中传播路径的确定方法。. 3、当等离子体参数为不均匀分布时，即等离子体内存在密度梯度，并当入射电磁波在等离子体密度梯度方向具有电场分量的时候，部分电磁波会转化成相同频率的朗缪尔波，因此消耗部分电磁能。通过对麦克斯韦方程组的求解，给出了转化过程中消耗的电磁能计算方法。. 4、由于等离子体碰撞频率的存在，等效介电常数出现虚部，导致电磁波在等离子体中传播存在碰撞吸收效应，利用WKB方法，可得到电磁波在等离子体中传播由于碰撞产生的吸收衰减特性，另外，通过对电磁波在等离子体中的传播路径的计算，可得射线在等离子体中由非均匀产生的扩散效应。并结合高频计算方法和GRECO方法，实现了等离子体的散射特性计算。. 5、以等离子体存在过密的情况为主要研究对象，利用GRECO平台的图形建模方法，对于不同的入射波频率，实时的判断等离子体过密区域，生成实体模型与目标本体形成复合目标，在共振区，通过研究等离子体中的线性共振吸收，结合等离子体空间分布特性，提出了在GRECO平台上的共振吸收实现方法。