一种箔条幕和探测目标的毫米波辐射图像联合仿真方法

本发明属于电磁仿真，更具体地，涉及一种箔条幕和探测目标的毫米波辐射图像联合仿真方法。

背景技术：

1、箔条作为被广泛使用的无源干扰物，一般是半波长的金属丝或者金属涂覆材料，直径在雷达波长的1/100～1/200之间，除此之外，还有箔片，充气箔条，干扰绳等特殊箔条。当大量箔条在空中扩散成具有一定长度、高度和厚度的箔条幕墙。箔条幕墙通过散射或衰减雷达发射和探测目标发射或散射的电磁波，使得探测目标难以被探测到。箔条干扰仍然是目前先进反舰雷达导引头面临的主要威胁之一。

2、目前国内外对箔条幕的研究大多集中在散射特性的计算上，传统计算箔条幕散射特性的方法通常忽略箔条之间的耦合和遮挡，将单个箔条等效为一个偶极子天线或者导体。箔条之间的耦合和遮挡效应会随着箔条幕密度增大而变强，当箔条幕内部十分密集时，对电磁散射截面积计算产生的影响变得不可忽略。此时，对于箔条幕的电磁散射特性计算，主要包括矩量法等数值方法和基于统计学原理的矢量传输理论方法。单个箔条的等效方法以及一般的迭代法、解析法需要计算每根箔条的雷达散射截面，计算效率低，箔条数量受到很大限制。为了提高运算效率，将箔条幕根据箔条密度划分为一定的箔条单元体，分别计算每个箔条单元体的雷达散射截面，然后考虑单元体之间的遮挡影响，对每个单元体的雷达散射截面进行叠加即可得到整个箔条幕的雷达散射截面。而箔条幕的毫米波辐射特性及其对探测目标毫米波辐射的影响暂未有相关分析。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺点和改进需求，本发明提供了一种箔条幕和探测目标的毫米波辐射图像联合仿真方法，考虑箔条幕和探测目标的相互影响，分析箔条幕对探测目标毫米波辐射探测的影响，为探测目标的探测提供依据。

2、为实现上述目的，一方面，本发明提供了一种箔条幕和探测目标的毫米波辐射图像联合仿真方法，包括：

3、分别建立箔条幕和探测目标的三维物理模型；

4、将探测目标三维物理模型进行面元剖分，并获得每个探测目标面元的节点编号和节点坐标；

5、将箔条幕三维物理模型划分成多个子块，并根据子块中每根箔条的天顶角、方位角和长度计算每个子块的平均电流以及有效介电常数；

6、根据各所述有效介电常数将箔条幕三维物理模型等效为二维平面，并获得二维平面上每个子平面的发射率、反射率和透射率；再将所述二维平面进行面元剖分，获得每个箔条幕面元的节点编号和节点坐标；

7、对每个箔条幕面元，根据射线入射到该箔条幕面元的入射坐标、入射方向以及所有面元的节点坐标，确定射线的追踪路径以及与所述追踪路径相交的面元；通过反向追踪依次确定与射线相交的各面元亮温，从而得到每个箔条幕面元的亮温，并输出箔条幕和探测目标的毫米波辐射联合仿真图像。

8、进一步地，所述根据子块中每根箔条的天顶角、方位角和长度计算每个子块的平均电流，包括：

9、根据子块中每根箔条的天顶角、方位角和长度，用矩量法计算每根箔条的电流分量；再由电流分量和方向分布函数计算计算每个子块的平均电流。

10、进一步地，每个子块的有效介电常数表示为：

11、

12、其中，p、q为天顶角θ或方位角φ，ε0为空气的介电常数，j为虚部，η0、ρ、l和λ分别表示自由空间的固有阻抗、箔条的平均密度、箔条的长度和自由空间中的波长，ipq为子块的平均电流。

13、进一步地，所述根据各所述有效介电常数将箔条幕三维物理模型等效为二维平面，并获得二维平面上每个子平面的发射率、反射率和透射率，包括：

14、根据所述有效介电常数结合多层媒质中场的反射和透射理论将箔条幕三维物理模型等效为二维平面，并计算二维平面上每个子平面的反射系数r和透射系数t；二维平面上每个子平面的发射率e、反射率γ和透射率υ表示为：e＝1-γ-υ，γ＝|r|2，υ＝|t|2。

15、进一步地，所述箔条幕面元为三角面元；

16、若所述二维平面中箔条幕面元所在列j为偶数，则三角面元三个顶点的节点编号分别为：

17、v1＝i+n×([j/2]-1)+1

18、v2＝i+n×([j/2]+1)+1

19、v3＝i+n×([j/2]+1)

20、若所述二维平面中箔条幕面元所在列j为奇数，则三角面元三个顶点的节点编号分别为：

21、v1＝i+n×[j/2]

22、v2＝i+n×[j/2]+1

23、v3＝i+n×([j/2]+1)

24、其中，i＝1,2,…,n，j＝1,2,…,2*m-2，m为y轴划分个数，n为z轴划分个数，每个节点编号的坐标由实际的位置确定，并根据相应节点编号排序。

25、进一步地，所述对每个箔条幕面元，根据射线入射到该箔条幕面元的入射坐标、入射方向以及所有面元的节点坐标，确定射线的追踪路径以及与所述追踪路径相交的面元之前，还包括：

26、合并所有箔条幕面元和探测目标面元的节点编号和节点坐标；

27、合并后探测目标面元的节点编号不变，箔条幕面元的节点编号为：

28、node1(v1,v2,v3)＝node1(v1,v2,v3)+p

29、其中，p为探测目标面元节点的个数。

30、进一步地，所述通过反向追踪依次确定与射线相交的各面元亮温，包括：

31、当射线入射到箔条幕面元时，该箔条幕面元的亮温表示为：

32、tb(l)＝e1×t0+γ1×tenv+υ1×tb(l-1)

33、式中，e1、γ1和υ1分别为该箔条幕面元的发射率、反射率和透射率，l为当前追踪次数，t0为环境物理温度，tenv为环境亮温，tb(l-1)为前一次追踪后的亮温；

34、当射线反射到箔条幕面元时，该箔条幕面元的亮温表示为：

35、tb(l)＝e2×t0+γ2×tb(l-1)+υ2×tenv

36、式中，e2、γ2和υ2分别为该箔条幕面元的发射率、反射率和透射率，l为当前追踪次数，t0为环境物理温度，tenv为环境亮温，tb(l-1)为前一次追踪后的亮温；

37、当射线入射或反射到探测目标面元时，该探测目标面元的亮温表示为：

38、tb(l)＝e3×t0+γ3×tb(l-1)

39、式中，e3、γ3分别为该探测目标面元的发射率、反射率，l为当前追踪次数，t0为环境物理温度，tb(l-1)为前一次追踪后的亮温。

40、另一方面，本发明提供了一种箔条幕和探测目标的毫米波辐射图像联合仿真系统，包括：计算机可读存储介质和处理器；

41、所述计算机可读存储介质用于存储可执行指令；

42、所述处理器用于读取所述计算机可读存储介质中存储的可执行指令，执行上述的箔条幕和探测目标的毫米波辐射图像联合仿真方法。

43、总体而言，通过本发明提出的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

44、本发明针对传统几何模型建立中不能自适应改变箔条幕模型大小和形状的问题，先建立箔条幕和探测目标的三维物理模型，进一步通过面元剖分获得每个箔条幕面元和探测目标面元的节点编号和节点坐标。而后将箔条幕面元和探测目标面元合并，充分考虑二者亮温计算方法和射线追踪过程的差异，实现对箔条幕和探测目标毫米波辐射图像的联合仿真。通过联合仿真箔条幕和探测目标的毫米波辐射图像，研究二者毫米波辐射的相互作用，分析箔条幕对探测目标毫米波辐射探测的影响，为探测目标的探测提供依据。