宽带电磁散射的快速扫频分析技术(2)
目标散射特性的计算方式，一直是科学家们致力研究的问题，当麦克斯韦方程组确立了电磁理论的基本框架之后，学者们开始在这个方向上寻求新的突破。最常见的对于散射特性的计算方法如下：
（1）解析法：在早期，因为科学技术的发展并不如现在这样发达，所以大多数的需要分析的实例并不复杂，而解析法就是适用于那种并不太复杂的目标的分析的，所以解析法的适用范围由此可见。
（2）数值法：早期并没有计算能力十分强的计算机可供使用，然而数值法对运算能力的要求比较高，需要分析各个方面的数据，并且需要对复杂的系统进行整合分析，所以早期使用数值法较少。二十世纪以来，计算机发展迅猛，运算速度、效率的提升很大，采用数值法求解电大的复杂散射体RCS的可能性越来越大。所以在现在，数值法已经成为了电磁理论方面对于目标散射特性这个课题的普遍解决方式。虽然数值法有许多优点，但当目标比较复杂时，分析仍比较困难，因为是数值法需在宽带上逐一频率和逐一角度的分析，这将导致运算量十分巨大。
而本文就是研究快速的数值法来解决电磁散射问题。
1.2 研究的历史和现状
以前雷达仅工作在窄带波形上，所以窄带测量的RCS值用于表征窄带雷达的响应或描述目标散射的解析模型是完全够的。但是为了降低电子干扰的易受性，返回杂波的非相关性，同时也为了分开邻近空间的目标及增加目标信息的需要,要求提高雷达的距离分辨率，此时雷达的工作波形是宽带的。这时雷达反射截面的测量除了在视线方向上(距离)获得高分辨率，以区分距离上各散射元外，同时也希望增加方位方向上(横向)的分辨率，以便清晰地分开方位上的散射元。
对于电磁散射这一方向的研究，如今已经有了比较快速的发展，而且已经出现了一些较为成熟的研究方法，按照大的方向看，主要分为两个方法大类，一是高频近似方法，既然为近似方法，就可以得知，此种方法比较适用于结构简单并且表面情况不复杂，类似于光滑平面的大尺寸电磁结构之中，本方法的特点就是计算速度快，但是速度快带来的必然就是精度的缺失，所以本方法一般不能用作精确结果的研究方式，只能在研究初期用于确定大体框架，确定基本研究方向时用作估算以及验证之用。
另一种方法是低频数值方法，根据麦克斯韦方程格式的不同，可分为积分法和微分法，微分法主要包括有限元法(FEM)和时域有限差分法(FDTD)，用低频数值方法来分析的实例具有以下这些特点，首先电磁结构复杂，其次需要分析的问题所涉及的方面非常多，计算量很大，再者其所分析的模型的尺寸小，精度高。对于具有这些特点的问题，使用数值法是最恰当的选择，因为数值法基于其分析方式，就能够看出其分析精度很高，对于复杂结构的处理能力高，但矩量法的弊端是需求解稠密矩阵，要求存储空间较高，只能求解电小简单目标。
1.3 本文的研究内容及章节安排
本文首先阐述了矩量法的原理，以及积分方程的离散过程，介绍了基函数、测试函数的选取标准。文中对目标散射体的表面积分方程的进行宽频带电磁性能研究，采用加速算法来加速宽带电磁的计算。格林函数展开法结合快速多极子(MLFMM)加速目标散射体单站RCS的计算。对于单站雷达散射截面来说，要在宽带内的所有频率点上逐一计算阻抗矩阵，计算工作量将会十分巨大。本文首先给出阻抗矩阵的方程，并利用格林函数展开算法对阻抗矩阵方程的格林函数进行分析处理，将阻抗矩阵分为频率相关矩阵(又称预填充矩阵)和频率无关矩阵，其中预填充矩阵的计算量高，而频率无关矩阵的计算量很低。那么只需计算一次预填充矩阵，每个频点的阻抗矩阵便可以通过预填充矩阵加速计算得到。