复杂海洋背景中电大目标电磁散射特性的抛物线方程方法研究

Since the influence of rough sea surface, clutter, radio wave propagation loss and so on, it is an essential topic for the electromagnetic scattering analysis of electrically large sea targets. The high frequency methods have low accuracy with few computational resources. On the other hand, the rigorous numerical methods need a huge number of computational resources with the number of unknowns increasing. The parabolic equation method will be used to analyze the electromagnetic scattering from electrically large targets on the sea with the radio wave propagation loss. The research contents can be listed as follows: Firstly, we will use the parallel technology to fast obtain the RCS of electrically large targets with the parabolic equation method. Then we will construct the composite modeling of the sea target and the sea. The influence of the environmental factors on RCS will be taken into consideration. At last, we will simulate the clutter and find its influences. The theory and efficient methods of the project is of importantly constructive meaning for the electromagnetic numerical theory.

由于受粗糙海平面、海杂波、电波损耗等因素的影响，海上电大目标电磁散射的快速计算面临重大挑战。高频近似方法计算效率高，但其计算精度低，不能准确获得电磁场分布；低频精确方法计算精度高，但随目标电尺寸的增加，所需计算资源倍增。本课题拟采用抛物线方程方法计算复杂海洋背景中电大目标的电磁散射，考虑复杂电磁环境中电波传播对目标雷达散射截面积的影响。其具体研究内容包括：（1）实现基于抛物线方程的电大尺寸目标的电磁散射快速计算，并使用并行技术提高计算效率；（2）建立粗糙海平面与海上目标的复合电磁模型，分析海面环境参数对目标电磁散射特性的影响；（3）建立海杂波传播特性的理论模型，计算分析电波传播损耗对目标雷达散射截面积的影响。项目相关的理论研究及其成果对于复杂海洋背景中海上目标电磁散射的高效计算具有重要的推动作用，所提出的高效算法对电磁数值理论具有重要学术价值和应用意义。

电磁场数值计算主要分为高频近似方法以及低频精确方法，高频近似方法计算效率高，但其计算精度低，不能准确获得电磁场分布；低频精确方法计算精度高，但随目标电尺寸的增加，所需计算资源倍增。本课题采用抛物线方程方法计算复杂海洋背景中电大目标的电磁散射，考虑了复杂电磁环境中电波传播对目标雷达散射截面积的影响。研究了基于抛物线方程的电大目标的电磁散射特性快速分析方法，利用新型的差分格式，加速抛物线方程的求解速度，提高其计算效率；构建了海面波导模型，能够有效地分析海面波导效应对电磁散射特性地影响；研究了复杂环境背景的二次散射、作用距离等背景因素对电磁散射参数的影响，模拟真实环境中的参数变化；研究了电磁波传播参数对目标电磁散射特性的影响，使用抛物线方程实现电磁散射计算与电波传播的混合建模与分析；研究了适应于本算法的并行方案，进一步提高本方法的求解效率，并验证算法的鲁棒性。基于以上研究内容，已发表SCI论文17篇，EI收录的国际会议论文15篇，参加国际或国内学术会议9次，申请、获批国家发明专利4项。