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应用光柱跟踪的电磁散射高频计算方法研究和系统实现

雷达散射截面(RCS)是隐身装备外形设计的一项重要指标，研究雷达目标的电磁散射特性已成为目标隐身设计和目标识别的基础。目前，采用仿真计算是获取目标电磁散射特性的主要方式，其中高频计算方法是解决电大尺寸复杂目标电磁散射问题的有效方法。 光柱跟踪法(Beam Trace)是计算几何模型中从源点发出的声波或光线及其在几何模型内部的透射，反射和绕射的一种有效方法。他通过将几何模型划分为一系列凸包空间，通过跟踪由各个源点处散发出的光柱凸多面体，构造出一个光柱树(Beam Tree)来表示经由一系列可能的透射，绕射以及在三维几何模型上所产生的特殊反射。进而，利用预处理得到的光柱树生成由源点发出，到各个接收点为止的传播路径，由于预处理得到光柱树，有利于实时生成传播路径。 本文将传统高频电磁估算理论架构于光柱跟踪法之上，利用光柱跟踪为基础来研究镜面反射、多次反射、绕射这三种散射源的计算方法。采用几何光学的方法计算多次散射场。最后通过将上述几种散射源贡献的叠加得到总的电磁散射场。 本文采用改进后的光柱跟踪方法来计算电磁波散射，主要解决了以下问题：1)基于BSP树的场景组织，较好地支持大规模的建筑场景；2)通过改进的棱边绕射计算方法，‘能很好地支持任意棱边线段绕射的建模计算；3)通过动态设定终止条件，找到所有可能的电磁波的传播路径，而无需为了保证寻找路径的保守性而进行彻底的搜寻，或降低采样精度进而影响计算结果；4)采用预计算方法，能够实时地响应用户对于接收点的改变并对电磁波传播路径进行更新操作。 为满足电磁散射计算与可视化的需求，通过集成电磁估算理论、计算、可视化等技术，开发了完整的高频电磁散射仿真系统。该系统集成了模型操作与可视化、多种高频算法、计算结果的绘制与比较等模块。通过友好的图形用户界面，使用户可以更方便、有效地获取复杂目标的电磁散射信息。在该系统的设计过程中，通过应用面向对象和模块化的设计方法，使系统易于重用、维护和扩展。