动态海面舰船目标与箔条云复合散射理论建模与耦合机理分析

Chaff, as an important jamming device in passive electronic countermeasures, poses a direct threat to the operational effectiveness of radar system in the actual ocean environment. This project aimed at the bottleneck problem of the electromagnetic modeling for the chaff jamming on the shipborne platform, carrying out the investigation of composite scattering theorical modeling and coupling mechanism of the dynamic sea surface with ship and chaff cloud by the way of combining the electromagnetic theory modeling and experiment. The Vector Transmission Theory, Semi-deterministic Surface Element Method, SBR/PTD and multipath thought are used to solve the chaff cloud scattering in the complex flows, sea surface scattering, ship scattering and the coupling scattering of sea surface, ship and chaff cloud. Meanwhile, the OpenGL, space division technology and Kd-tree are adopted to accelerate the simulation speed, then the composite scattering from dynamic sea surface with ship and dynamic chaff cloud is constructed, where the multipath and shadowing effect are considered. The accuracy of the composite model is validated by comparing with the experimental data. The influences of radar parameter, sea condition, ship parameter and chaff parameter on the scattering echoes of composite scattering are analyzed, revealing the complex coupling scattering mechanism of sea surface, ship and chaff cloud. Furthermore, the comprehensive evaluation of chaff jamming on the shipborne platform is carried out. The project will provide the theorical basis and technical support for the detection and identification of ship targets on the sea surface.

箔条作为无源电子对抗中的重要干扰器材，对实际海洋环境中雷达系统的作战效能造成直接威胁。本项目针对舰载平台箔条干扰电磁仿真建模的瓶颈问题，通过电磁理论建模与实验验证相结合的途径开展动态海面舰船目标与箔条云复合电磁散射理论建模及耦合机理研究。分别采用矢量传输理论、半确定面元法、SBR/PTD及多路径思想求解复杂流场中箔条云散射、海面散射、舰船目标散射以及海面、舰船目标和箔条云之间的耦合散射。结合OpenGL、空间划分技术、Kd-tree等加速技术，建立考虑多径和遮蔽效应时动态海面舰船目标与运动箔条云的复合散射模型，通过与实验测量数据对比验证模型的正确性；分析雷达参数、海况参数、舰船参数以及箔条参数等对动态海面舰船目标与箔条云复合散射回波的影响，揭示海面、舰船目标与箔条云之间复杂的耦合散射机理，并开展舰载平台箔条干扰综合评估，为海上舰船目标探测和识别等提供一定理论依据和技术支撑。

箔条作为重要无源对抗手段，对海战雷达系统造成直接威胁，箔条干扰使下视雷达难以准确探测舰船目标。因此，认识并掌握复杂海洋环境下舰船目标与箔条云复合电磁散射特性及耦合机理等科学问题，是进一步优化雷达系统，提高雷达导引头抗干扰能力，有效滤除箔条干扰的前提将为提升复杂海洋环境下舰船目标探测、识别等能力提供理论支撑。主要研究内容、重要结果和科学意义等如下：.在箔条云几何建模方面：本项目使用NS方程、SVM方法在国内首次实现了复杂流场中喷射式、爆炸式箔条云空间数密度及箔条指向特性的精确建模，该研究将为复杂流场中随机电小散射体几何建模提供理论支撑，也为真实场景箔条云的精确几何模型提取复现提供算法依据。.在箔条云与海面、舰船复合电磁散射计算及耦合机理分析等方面：.(1)使用基于GPU加速的SBR算法完成舰船及其与海面复合散射计算，实现了真实海场景舰船电磁散射快速准确计算，为海上目标雷达特性研究提供理论支撑；.(2)使用VRT算法完成了亿万根级箔条云散射特性的快速计算，计算能力达到国内外领先水平，实现了大规模随机电小粒子群散射特性快速表征，为典型箔条干扰物设计及其投放策略优化制定提供理论支撑；.(3)使用VRT+Monte Carlo算法对SBR与VRT进行统计改写，结合粒子化思想和射线追踪理论首次实现了箔条云、海面、舰船复合电磁散射快速计算，揭示了三者能量耦合机理。为确定性目标与随机电小散射体群的复合散射计算提供了重要的理论支撑，同时为导引头的抗干扰研究提供了场景依据及数据支持。.在散射实验设计与实践方面：结合内外场地物散射测量理论，提出了插丝理论支持下的可控箔条云模型制作方法，在国内外首次使用低散射衬底进行爆炸型、箔条走廊箔条云几何模型制作；在国内外率先突破箔条云散射矩阵、箔条云与空气混合介电常数测量等关键参数测量技术。该研究为随机电小散射体测量、随机粒子团的媒质属性测量提供了理论与实践支撑，也为箔条云及其与目标、海面复合散射计算理论校验提供坚实实验基础。