應用通用特征基函數(shù)法快速求解目標寬帶RCS

【摘 要】提出了一種快速計算目標寬帶RCS的有效算法。傳統(tǒng)通用特征基函數(shù)法構造的特征基函數(shù)可以用于求解整個頻段的電磁散射特性，但在求解低頻點電磁散射特性時會加大計算的復雜度，從而增加RCS的求解時間。本文提出的一種基于通用特征基函數(shù)法的加速算法，該方法采用自適應計算技術降低了低頻點的冗余計算。數(shù)值結果證明了該方法的有效性和精確性。

【關鍵詞】通用特征基函數(shù)法;自適應計算;特征基函數(shù)寬帶電磁散射特性;自適應計算

中圖分類號： O441 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）04-0129-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.04.052

0 引言

通用特征基函數(shù)法[1]是精確預估目標寬帶雷達散射截面的一種有效算法，該算法原理是通過改進基函數(shù)的產(chǎn)生方法從而重新構造特征基函數(shù)。

通用特征基函數(shù)法首先將目標劃分為M個子域[2]，然后在待分析頻率區(qū)間的高頻點fh處建模，最后應用寬角度入射波激勵照射各個子域。對于各個入射波激勵，可通過公式（1）求得主要特征基函數(shù)[3]：

由于探究了各子域間的耦合效應[7]，GCBFs包含了更多的導體目標表面特征電流信息，大大地提高了GCBFs計算低頻處RCS的精確度[8]。但是在待分析頻率區(qū)間的高頻率點處建模所得到的GCBFs要遠大于在低頻點處建模所得到的GCBFs數(shù)目。如果將高頻點處得到的GCBFs應用于整個待分析頻率區(qū)間，那么在低頻點處求解導體目標RCS時將會帶來大量冗余計算問題[9]。

1 自適應計算技術

為了降低低頻處的計算復雜度，本文基于GCBFM提出一種自適應計算技術。該技術探討了基函數(shù)數(shù)目隨頻率降低而減少這一規(guī)律，首先自適應將待分析頻率區(qū)間切割為多個小區(qū)間，然后分別在各個小區(qū)間的最高頻點處重新生成GCBFs，并基于此GCBFs計算該子區(qū)間的電流特征信息，最后將各個小區(qū)間的電流特征信息數(shù)據(jù)進行連合，從而計算出整個頻率區(qū)間的寬角度RCS。對于確定的頻率區(qū)間，自適應生成GCBFs的方法如下：

（1）設置起始頻率點fL=fmin和fH=fmax;

（2）在起始頻點fL、fH處分別生成GCBFs ，則目標所有基函數(shù)數(shù)目即為M個子域GCBFs的疊加和，表示為KL和KH。設σ=KLKH，若大于某一閾值ε（0<ε≤1），則可直接在[fL，fH]復用最高頻點的GCBFs并計算出寬帶RCS;若不滿足條件，取fmid=（fH+fL）/2，針對子頻段[fL，fH]和[fL，fH]繼續(xù)執(zhí)行步驟（2）直到滿足閾值條件。

（3）將各個子頻率區(qū)間計算得到的RCS數(shù)據(jù)進行連合，即可得到整個確定區(qū)間的寬角度RCS。

采用自適應技術生成各個子區(qū)間的GCBFs，可以得出低頻區(qū)間GCBFs的數(shù)目顯著降低。在求解低頻區(qū)間RCS時大大縮短計算時間。

2 算例驗證與結果

為探究本文方法的有效性和精確性。對15cm×15cm導體平板寬帶RCS進行了計算。寬頻帶設置為100MHz～4GHz ，在4GHz對目標進行建模，在θ和φ方向上各設置8個平面波激勵。整個目標分成4個子域，未知變量數(shù)為3224。應用自適應技術將給定頻率區(qū)間自動分割為4個子區(qū)間，并在各個子區(qū)間構建GCBFs。與傳統(tǒng)GCBFM相比的結果如圖1所表示。表1列出兩種方法在各個子區(qū)間生成GCBFs的數(shù)目以及RCS求解時間。根據(jù)圖1和表1可以得出兩種方法吻合度比較高，而采用自適應技術明顯縮短的低頻區(qū)間RCS的求解時間。

3 結論

本文提出了一種自適應算法。該算法根據(jù)基函數(shù)的數(shù)目隨頻率降低而減少的特點，將確定的頻率區(qū)間自動分割成若干小區(qū)間并分別在各個小區(qū)間的高頻點處重新生成GCBFs，基于此GCBFs計算該子區(qū)間的電流特征信息，最后將各個小區(qū)間的電流特征信息數(shù)據(jù)進行連合，從而計算出整個頻率區(qū)間的寬角度RCS。數(shù)值計算結果表明，兩種方法吻合度比較高，而采用自適應技術明顯縮短的低頻區(qū)間RCS的求解時間。

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