本發(fā)明涉及太赫茲波段粗糙目標(biāo)縮比，特別涉及一種基于電磁經(jīng)典縮比理論的太赫茲波段粗糙目標(biāo)縮比模型建模方法。

背景技術(shù)：

1、太赫茲頻段是位于微波與紅外之間的過渡頻段，相應(yīng)的材料特性、目標(biāo)散射機(jī)理、目標(biāo)散射特性等也不同于微波與紅外頻段。在太赫茲頻段，太赫茲波對于目標(biāo)表面粗糙度、細(xì)微結(jié)構(gòu)的敏感性增強(qiáng)，例如，微波頻段中可以視為光滑的目標(biāo)在太赫茲頻段中會變得粗糙。諸多特性的變化，使得這個過渡頻段目標(biāo)的散射特性變得更加復(fù)雜，因此，適用于微波和紅外的目標(biāo)特性理論和研究方法不再適用于太赫茲波段。全尺寸目標(biāo)測量方法為了保證平面波入射和遠(yuǎn)場散射條件，通常測試距離很遠(yuǎn)，對場地要求較高，成本較高，且大型目標(biāo)原型難以獲取，實現(xiàn)難度較大。相比之下，縮比模型測量方法所用的待測目標(biāo)尺寸則可以控制，模型加工成本相對較低，因而更適用于對大型目標(biāo)散射特性的研究及設(shè)計?？s比模型測量的理論基礎(chǔ)是電磁相似律，是指將縮比模型電磁系統(tǒng)的電磁波波長、目標(biāo)各部分尺寸以及材料參數(shù)等按照目標(biāo)原型和縮比模型之間的幾何相似比進(jìn)行相應(yīng)的改變，使得縮比模型電磁系統(tǒng)與目標(biāo)原型電磁系統(tǒng)滿足物理縮比條件，最終由縮比模型的rcs(radarcrosssection，雷達(dá)散射截面)測量值按照縮比關(guān)系反演出目標(biāo)原型的rcs值。

2、對于大型目標(biāo)的縮比測量與計算，由于其頻率已經(jīng)達(dá)到了太赫茲波段，通常會利用更高范圍的頻率區(qū)間實現(xiàn)比微波波段更高的縮比因子。因此，太赫茲波段的rcs縮比理論研究具有很重要的意義。但是當(dāng)頻率上升到太赫茲頻段時，太赫茲波波長往往和表面粗糙度處在同一量級，所以表面粗糙起伏對于rcs的影響不可忽視。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提出一種基于電磁經(jīng)典縮比理論的太赫茲波段粗糙目標(biāo)縮比理論建模方法，將理想縮比情況下的光滑縮比模型rcs和目標(biāo)原型rcs之間的縮比關(guān)系與四參數(shù)經(jīng)驗?zāi)Ｐ拖嘟Y(jié)合，得到太赫茲波段粗糙目標(biāo)縮比模型rcs，從而計算目標(biāo)原型的rcs，本發(fā)明解決了電大尺寸粗糙目標(biāo)在縮比測量時，微波波段延申到太赫茲波段無法進(jìn)行縮比測量和計算的難題，提高了模型的適用性。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：

3、一種基于電磁經(jīng)典縮比理論的太赫茲波段粗糙目標(biāo)縮比模型建模方法，所述方法包括：

4、步驟1，基于電磁經(jīng)典縮比理論，得到理想縮比情況下的縮比模型rcs和目標(biāo)原型rcs之間的縮比關(guān)系；

5、步驟2，獲取不同分布的隨機(jī)太赫茲波段粗糙模型rcs，得到太赫茲波段粗糙模型rcs的規(guī)律曲線；

6、步驟3，根據(jù)太赫茲波段粗糙模型rcs的規(guī)律曲線，建立關(guān)于均方根高度的四參數(shù)經(jīng)驗?zāi)Ｐ停?/p>

7、步驟4，將四參數(shù)經(jīng)驗?zāi)Ｐ痛肜硐肟s比情況下的縮比模型rcs和目標(biāo)原型rcs之間的縮比關(guān)系中，得到太赫茲波段粗糙目標(biāo)縮比模型rcs；

8、步驟5，利用太赫茲波段粗糙目標(biāo)縮比模型rcs，計算得到目標(biāo)原型的rcs。

9、所述基于電磁經(jīng)典縮比理論，得到理想縮比情況下的縮比模型rcs和目標(biāo)原型rcs之間的縮比關(guān)系，包括：

10、步驟1.1，基于maxwell方程獲取目標(biāo)原型rcs和縮比模型rcs：

11、目標(biāo)原型rcs表示為：

12、

13、縮比模型rcs表示為：

14、

15、其中，為旋度算符，為目標(biāo)原型電場強(qiáng)度，為目標(biāo)原型磁場強(qiáng)度，ω為目標(biāo)原型角頻率，j為虛數(shù)單位，ε為目標(biāo)原型介電常數(shù)，μ為目標(biāo)原型磁導(dǎo)率，σ為目標(biāo)原型電導(dǎo)率，為縮比模型電場強(qiáng)度，為縮比模型磁場強(qiáng)度，ω'為縮比模型角頻率，ε′為縮比模型介電常數(shù)，μ′為縮比模型磁導(dǎo)率，σ′為縮比模型電導(dǎo)率；

16、步驟1.2，根據(jù)目標(biāo)原型rcs和縮比模型rcs，定義縮比因子參數(shù)：

17、

18、化簡為：

19、

20、其中，m為各項參數(shù)的縮比因子，l為原模型電尺寸，l′為縮比模型電尺寸；

21、步驟1.3，由于波速與空間阻抗不變，則步驟1.2的縮比因子參數(shù)之間的關(guān)系式表示為：

22、

23、步驟1.4，將步驟1.2的縮比因子參數(shù)代入步驟1.3的縮比因子參數(shù)之間的關(guān)系式，得到關(guān)系式：

24、

25、步驟1.5，定義電尺寸要求l/λ＝l′/λ′，其中，λ為原模型波長，l為原模型電尺寸，λ′為縮比模型波長，l′為縮比模型電尺寸；

26、步驟1.6，根據(jù)步驟1.4的關(guān)系式和步驟1.5定義的電尺寸要求，得到縮比模型rcs和目標(biāo)原型rcs之間的縮比關(guān)系為：

27、

28、其中，σm(ω)為光滑縮比模型rcs，σ′m(ω′)為目標(biāo)原型rcs，為縮比因子。

29、所述獲取不同分布的隨機(jī)太赫茲波段粗糙模型rcs，得到太赫茲波段粗糙模型rcs的規(guī)律曲線，包括：

30、步驟2.1，服從高斯分布的二位粗糙面的功率譜密度表示為：

31、

32、其中，δ為粗糙面高度起伏的均方根，lx為二維粗糙面上x方向的長度，ly為二維粗糙面上y方向的長度，kx為二維粗糙面上x方向的波數(shù)，ky為二維粗糙面上y方向的波數(shù)；

33、步驟2.2，利用步驟2.1得到的服從高斯分布的二位粗糙面的功率譜密度，通過快速傅里葉變換，生成具有指定均方根高度和相關(guān)長度的隨機(jī)粗糙面，得到不同分布的隨機(jī)太赫茲波段粗糙模型rcs；

34、步驟2.3，設(shè)置入射波參數(shù)，基于彈跳射線法，追蹤入射射線在步驟2.2得到的不同分布的隨機(jī)太赫茲波段粗糙模型rcs的反射路徑，計算每條入射射線的相位和幅度變化，得到太赫茲波段粗糙模型rcs的規(guī)律曲線。

35、所述入射波參數(shù)包括頻率、極化和入射角度。

36、所述四參數(shù)經(jīng)驗?zāi)Ｐ蜑殛P(guān)于均方根高度的三次方程，表示為：

37、χ＝a·δ3+b·δ2+c·δ+d，

38、其中，a,b,c,d為模型參數(shù)，δ為粗糙面高度起伏的均方根。

39、所述太赫茲波段粗糙目標(biāo)縮比模型rcs表示為：

40、

41、其中，χ為縮比理論中的粗糙度影響因子。

42、所述目標(biāo)原型的rcs表示為：

43、

44、其中，χ1為目標(biāo)原型的粗糙度影響因子，χ2為縮比模型的粗糙度影響因子。

45、一種基于電磁經(jīng)典縮比理論的太赫茲波段粗糙目標(biāo)縮比模型建模系統(tǒng)，包括：

46、縮比關(guān)系求解模塊，基于電磁經(jīng)典縮比理論，得到理想縮比情況下的縮比模型rcs和目標(biāo)原型rcs之間的縮比關(guān)系；

47、規(guī)律曲線獲取模塊，獲取不同分布的隨機(jī)太赫茲波段粗糙模型rcs，得到太赫茲波段粗糙模型rcs的規(guī)律曲線；

48、四參數(shù)經(jīng)驗?zāi)Ｐ徒⒛K，根據(jù)太赫茲波段粗糙模型rcs的規(guī)律曲線，建立關(guān)于均方根高度的四參數(shù)經(jīng)驗?zāi)Ｐ停?/p>

49、太赫茲波段粗糙目標(biāo)縮比模型構(gòu)建模塊，將四參數(shù)經(jīng)驗?zāi)Ｐ痛肜硐肟s比情況下的縮比模型rcs和目標(biāo)原型rcs之間的縮比關(guān)系中，得到太赫茲波段粗糙目標(biāo)縮比模型rcs；

50、目標(biāo)原型rcs求解模塊，利用太赫茲波段粗糙目標(biāo)縮比模型rcs，計算得到目標(biāo)原型的rcs。

51、一種電子設(shè)備，包括：

52、至少一個處理器；

53、以及，與所述至少一個處理器通信連接的存儲器；

54、其中，所述存儲器存儲有可被所述至少一個處理器執(zhí)行的指令，所述指令被所述至少一個處理器執(zhí)行，以使所述至少一個處理器能夠執(zhí)行以上任一項所述的一種基于電磁經(jīng)典縮比理論的太赫茲波段粗糙目標(biāo)縮比模型建模方法。

55、一種計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，存儲有計算機(jī)程序，所述計算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時，實現(xiàn)以上任一項所述的一種基于電磁經(jīng)典縮比理論的太赫茲波段粗糙目標(biāo)縮比模型建模方法。

56、相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果在于：

57、1、本發(fā)明利用對數(shù)值模擬結(jié)果的擬合計算，建立了一種關(guān)于太赫茲波段粗糙目標(biāo)的均方根高度的四參數(shù)模型，與現(xiàn)有技術(shù)相比，解決了現(xiàn)有技術(shù)無法處理電大尺寸粗糙目標(biāo)的rcs關(guān)于粗糙度規(guī)律的難題。

58、2、本發(fā)明建立的關(guān)于太赫茲波段粗糙目標(biāo)的均方根高度的四參數(shù)模型，修正了經(jīng)典縮比理論，加入粗糙度對于rcs縮比過程的影響，解決了在太赫茲波段無法進(jìn)行電大尺寸目標(biāo)的縮比測量計算的難題。

59、綜上所述，本發(fā)明對于建立的粗糙模型進(jìn)行仿真計算，提出了粗糙度影響因子模型，修正了經(jīng)典縮比理論，解決了電大尺寸粗糙目標(biāo)在縮比測量時，微波波段延申到太赫茲波段無法進(jìn)行縮比測量和計算的難題。