电磁散射与声散射互反演及缩比理论与实验研究

It is very difficult to test Radar Cross Section (RCS) of a super large target (such as airplane) in Microwave Anechoic Chamber (MAC), because it needs a super large MAC and a super large compact rang antenna. The outdoor RCS measurement of such a super large stealth target is usually not used due to security and privacy requirements..By setting a potential function, this project examines the relationship between electromagnetic field and sonic field, and mutual inversion between electromagnetic scatting and sonic scatting, and their scaling mode. According as sonic scattering of a super large target in natural lakes or seas, we can invert the target's electromagnetic scatting. A new economical and safe measurement way of a super large stealth target's Radar Cross Section (RCS) is displayed..The results will be proved through simulation and physical examination. Theoretical research includes that builds mutual inversion between electromagnetic scatting and sonic scatting using Green Function and the boundary jump theorem, and derived the size scaling at different frequencies, and give theoretical relation between geometric measurement and scale shrinking measurement, by setting a potential function. Simulation research includes that verify the correctness of field mutual inversion and scaling by simulation analysis of electromagnetic software and sonic software. Experimental research includes that carry out test research of the scattering and scaling of various objects in Microwave Anechoic Chamber and Anechoic Pool.

微波暗室内测量超大型目标体（如飞机）的雷达散射截面是非常困难的，因为它需要一个几乎无法实现的超大型微波暗室和紧缩场。而超大型隐身目标体的室外雷达散射截面测量，由于受到安全和保密的要求，通常不被采用。.本项目通过位势函数的引入，建立矢量电磁场与标量声场间的数理关系，研究电磁散射和声散射的互反演及缩比关系；探讨通过自然湖泊或近海实现对大型目标体的声散射测量，进而反演得到该目标体的雷达散射截面，为超大型隐身目标的雷达散射截面测量提供一种新的经济、安全的方法和途径。.本项目研究包括理论研究：在位势函数的引入下，通过Green函数和边界跳跃定理，建立电磁散射与声散射间的互反演，推导出目标体的电磁散射与声散射缩比关系；仿真研究：通过电磁仿真和声仿真对若干目标进行仿真验证，确立两类波的散射互反演及缩比关系的正确性；实验研究：开展微波暗室和无反射声水池目标体的散射及缩比实验研究。

本项目首先基于格林函数积分法与特殊函数法，研究了任意光滑二维导体和介质体在轴向磁场（Hz）和轴向电场（Ez）入射电磁波下的电磁散射，以二维软体、刚体和一般弹性体的声散射。结果表明：1.二维金属体轴向磁场（Hz）入射的电磁散射与软体边界目标的声散射存在相似的数学表述形式，从而确立了其数学上的互反演与缩比关系；2.二维金属体轴向电场（Ez）入射电磁散射与刚体边界目标的声散射存在相似的数学表述形式，从而也确立了其数学上的互反演与缩比关系；3.以二维圆柱电磁散射与声散射计算与仿真为例，验证了1和2中所建立的散射互反演与缩比关系；4.基于特殊函数法，研究了二维介质圆柱电磁散射和一般弹性体声散射，确立了其散射波之间的互反演与缩比关系，数值计算与仿真结果证明了其互反演与缩比关系的正确性。.其次，基于物理光学法，分析研究了电大目标金属导体、一般介质体电磁散射与理想软体、理想刚体、一般弹性体的声散射。确立了金属导体电磁散射与刚性体/软体声散射间的互反演与缩比关系，以及一般介质体电磁散射与一般弹性体声散射间的互反演与缩比关系；以三维金属圆盘为例，仿真计算验证了其互反演与缩比关系的正确性。. 最后，基于上述理论成果，在国内外原创性地提出一种用于水下大型目标声散射测试和大型水听器阵列方向性测试的水声紧缩场测试新方法，并研制出原理性水声测试装备。该测试装备具有测试距离短、保密性良好、测试费用低、不易受环境影响、测试误差小等优点。使用此装备，完成了有限长圆柱与金属圆盘的水声散射测试。同时，利用上述互反演与缩比关系，在微波暗室内完成了对应模型和频率的电磁散射测试。结果表明：测试目标的电磁散射与声散射间确实存在一致性较好的互反演与缩比关系。. 本项目所确立的电磁散射与声散射互反演和缩比关系，对于统一物理场理论发展，以及开展电磁散射及声散射理论和测试技术研究都具有重要价值和意义。