本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在 本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发 表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学 历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均 已在论文中作了明确的说明。 研究生签名：为少年? 月话日 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅 或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送 交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对 于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。 研究生签名：坳年乡月硒日 目标与粗糙面电磁散射的高低频方法分析 摘 f 嚣 Y 2 0 6 15 | m ! 1 6 l lr l | f i 6 t I | l l I 要 【3 0 0 复合散射在地下目标勘探、目标识别、雷达制导等诸多领域都 有着十分广泛的应用前景和重要的研究价值。为了满足现代工程应用对求解速度和求解 精度的双重要求，本文主要采用了高低频混合方法对粗糙面与目标的复合散射进行了相 关分析。 用纯数值方法求解粗糙面与目标的复合散射模型时，其未知量不仅和目标有关还与 粗糙面有关。实际中由于粗糙面的截断长度比较大，会带来巨大的计算量。用高低频混 合方法求解该类问题的优势在于，粗糙面部分可以用高频近似方法求解，粗糙面以外的 目标区使用精确方法求解，最终实现节约计算机内存和计算时间。 首先针对随机粗糙面与目标的电磁复合散射问题，本文采用矩量法( M o M ) 结合物理 光学法( P 0 ) 来分析。在M M P O 方法，对于相对比较平缓精度要求不高的粗糙面电流采用 物理光学法近似得到；上方精度要求较高的目标区通过M o M 求解。对于二维随机粗糙面 与目标的电磁复合散射问题，本文又进一步完善了混合方法：由于粗糙面与目标之间具 有一定的高度，故粗糙面与目标之间的互作用可以近似看作远场之间的作用，即二者之 间的耦合矩阵具有低秩的特性，对该耦合矩阵本文采用自适应交叉近似算法( A C A ) 来降 低内存和计算时间，最后给出的数值算例表明采用A C A 之后其效果是显著的。 其次，对于二维随机粗糙面与目标的复合散射问题，本文还采用了另一种计算方法。 首先采用K A 近似推导出粗糙面背景下的格林函数，然后基于该格林函数采用M o M 求解 粗糙面上方目标的电磁散射，这样未知量就取决于目标，大大降低了对计算时间和内存 的要求。在求解粗糙面的格林函数时其计算量很大，为了提高算法的运算效率，本文在 对粗糙面格林函数的计算时采用了插值方法，最后给出的数值算例插值之后其效果十分 显著的。 关键词：随机粗糙面，复合电磁散射，物理光学法，矩量法，粗糙面格林函数 m a i n l ys t u d i e st h ee l e c t r o m a g n e t i cs c a t t e r i n gf o r mt h ec o m p o s i t em o d e lo ft h et a r g e ta b o v e t h er a n d o mr o u g h s u r f a c e ，i no r d e rt oa c h i e v ea l le f f i c i e n ta n a l y s i s ，t h i sp a p e rm a i n l ya p p l i e s t h eh y b r i dm e t h o d s F o rt h ec o m p o s i t em o d e lw h i c ht h et a r g e tl o c a t e da b o v et h es u r f a c e ，w h e no n l yt h e n u m e r i c a lm e t h o di su s e dt os o l v et h es c a t t e r i n gp r o b l e m ，t h en u m b e ro fu n k n o w n sn o to n l y d e p e n d so nt h et a r g e tb u ta l s od e p e n d so nt h el e n g t ho ft h es u r f a c e H e n c et h el e n g t ho ft h e s u r f a c ei so f t e ne l e c t r i c a ll a r g e ，S Ot h ec o m p u t a t i o ni sv e r yl a r g e B u tw h e nu s et h eh y b r i d m e t h o d ，t h ec u r r e n to ft h es u r f a c ei sg o tb yt h eh i g h 行e q u e n c ym e t h o d ，S Ot h en u m b e ro f u n k n o w n so n l yd e p e n d so nt h et a r g e t T h e s eh y b r i dm e t h o d Sm e r i t sr e d u c et h ec o m p u t a t i o n a l t i m ew h i l et h ep r e c i s i o ni sa s s u r e d I nt h i Sp a p e r , a l le f f i c i e n th y b r i dm e t h o dw h i c hc o m b i n e sM o m e n to fM e t h o d ( M o M ) a n dP h y s i c a lO p t i c a la p p r o x i m a t i o n ( P O ) i sa p p l i e dt oc a l c u l a t et h eE M s c a t t e r i n gf r o m c o m p o s i t em o d e lt h a tt h et a r g e tl o c a t e da b o v et h er a n d o mr o u g hs u r f a c e F o rt h eM M P O h y b r i dm e t h o d ，f i r s t l yt h es u r f a c e So u t l i n ei sm o d e r a t ea n di t s r e s u l ti sn o ta s k e dS Oa c c u r a t e t h e ni t sc u r r e n tc a nb eo b t a i n e db yt h eP h y s i c a lO p t i c a la p p r o x i m a t i o n ；f o rt h et a r g e tt h a tt h e p r e c i s i o nm u s tb eh i g h l ya s s u r e d ，t h ec u r r e n to ft h et a r g e tc a nb eo b t a i n e db yM o M F u r t h e r m o r e ，f o rt h e3 Dc o m p o s i t em o d e l ，a sw ek n o w , t h et a r g e ti sl o c a t e da b o v et h es u r f a c e f o ral o n gd i s t a n c e ，S Ot h ee f f e c tb e t w e e nt h et a r g e ta n dt h es u r f a c ec a nb ec o n s i d e r e da st h e i n t e r a c t i o n sb e t w e e nt h ef a rf i e l d s I na n o t h e rw o r d s ，t h ec o u p l i n gi m p e n d e n c em a t r i x e s b e t w e e nt h et a r g e ta n ds u r f a c ea r el o w - r a n k e d I no r d e rt oi m p r o v et h eh y b r i dm e t h o d ，t h e A C A t e c h n i q u ei su s e dt oa c c e l e r a t et h ec o u p l i n gt h ei m p e n d e n c em a t r i x e s T h en u m e r i c a l s i m u l a t i o nr e s u l t si n d i c a t et h a tt h ee f f e c ti sv e r yr e m a r k a b l e S e c o n d l y , f o rt h ec o m p o s i t em o d e lt h a tt h et h r e ed i m e n s i o n a lt a r g e tl o c a t e da b o v et h e t w od i m e n s i o n a lr a n d o mr o u g hs u r f a c e ，t h i sp a p e rc o n s i d e r e da n o t h e rm e t h o d F i r s to f a l l ，w e c a ng e tt h er a n d o mr o u g hs u r f a c eG r e e n Sf u n c t i o nt h r o u g ht h es u r f a c e Sc u r r e n tw h i c hg o t b y K i r c h h o f fA p p r o x i m a t i o n , t h e nb a s e do nr a n d o mr o u g hs u r f a c eG r e e n S f u n c t i o n ，t h e A b s t r a c t 硕I ：论文 e l e c t r o m a g n e t i cs c a t t e r i n gf r o mt h et a r g e tc a nb eg o tt h r o u g hM o m e mo fM e t h o d I nt h i sw a y , t h en u m b e ro fu n k n o w n so n l yd e p e n d so nt h et a r g e t ，t h e nm e m o r yr e q u i r e m e mi s g r e a t l y r e d u c e d N e x t ，t h ec o m p u t a t i o no ft h er a n d o mr o u g hs u r f a c eG r e e n Sf u n c t i o ni sv e r yl a r g e ， a n dt h ei n t e r p o l a t i o no ft h