A heuristic physical theory of diffraction (PTD) for an acoustic impedance wedge is proposed. This method is based on Ufimtsev's three-dimensional PTD, which is derived for an acoustic soft or hard wedge. We modify the original PTD according to the process of physical optics (or the Kirchhoff approximation) to obtain a 3D heuristic diffraction model for an impedance wedge. In principle, our result is equivalent to Luebbers' model presented in electromagnetism. Moreover, our approach provides a useful insight into the theoretical basis of the existing heuristic diffraction methods. The derived heuristic PTD is applied to an arbitrary impedance polygon, and a simple PTD formula is derived as a supplement to the physical optics formula.
본 논문에서는 연안 지역 저고도 원격측정을 위한 소형 무인항공기 용 초분광센서 개발의 일환으로 비축 삼반사경 전단광학계의 설계와 성능분석 결과를 제시하였다. 이 광학계는 수 cm의 공간해상도(4cm@500m 운영고도)와 $4^{\circ}$의 시야각, 그리고 신호대 잡음비 100(@660 nm) 이상의 요구사항을 만족시키기 위하여, 70 mm의 입사동 크기와 개구수 5.0으로 설계 사양을 가지는 비구면의 주경과 부경이 포함된 비축 삼반사경 형태로 설계되었다. 본 설계의 광학성능은 $1/15{\lambda}$ 이하 RMS 파면오차 성능과 0.75이상의 MTF 성능(@660 nm)이 기대된다. 제작과 조립 단계를 고려하여 민감도 분석을 통해 3 반사경을 정렬 보상자로 선정하였으며, 경사 공차범위는 요소별로 0.17 mrad 으로 결정되었다. 이 비축 삼반사경 광학설계는 기존 초분광센서의 전단광학계에 비해 높은 광학성능을 보이고, 소형 무인항공기에 맞추어 경량화가 가능하도록 제작 기반을 설정하여, 향후 연안 원격탐사 연구에 활용될 예정이다.
Kim, Kook-Hyun;Kim, Jin-Hyeong;Choi, Tae-Muk;Cho, Dae-Seung
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제4권1호
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pp.20-32
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2012
A software system for a complex object scattering analysis, named SYSCOS, has been developed for a systematic radar cross section (RCS) analysis and reduction design. The system is based on the high frequency analysis methods of physical optics, geometrical optics, and physical theory of diffraction, which are suitable for RCS analysis of electromagnetically large and complex targets as like naval ships. In addition, a direct scattering center analysis function has been included, which gives relatively simple and intuitive way to discriminate problem areas in design stage when comparing with conventional image-based approaches. In this paper, the theoretical background and the organization of the SYSCOS system are presented. To verify its accuracy and to demonstrate its applicability, numerical analyses for a square plate, a sphere and a cylinder, a weapon system and a virtual naval ship have been carried out, of which results have been compared with analytic solutions and those obtained by the other existing software.
The acoustic target strength (TS) is one of the most important parameters for a submarine's stealth design. Because modem submarines are larger than their predecessors, TS must be managed at each design stage in order to reduce it. To predict the TS of a submarine, TASTRAN R1 was developed based on a Kirchhoff approximation in a high-frequency range. This program can present TS values that include multi-bounce effect in the exterior and interior of the structure by combining geometric optics (GO) and physical optics (PO) methods, anechoic coating effect by using the reflection coefficient, and response time pattern for a detected target. In this paper, TS calculations for a submarine model with the above effects are simulated by using this developed program, and the TS results are discussed.
본 연구에서는 복합 구조물의 레이더 반사면적을 해석하기 위한 프로그램 RACSAN을 개발하였다. 본 프로그램은 물리 광학을 기초로 한 고주파 대역에서의 키르히호프 근사법을 기반으로 하고 있다. 또한, 본 프로그램은 물리/기하 광학 혼합방법을 이용하여 복합 구조물의 다중 반사 효과를 고려 할 수 있다. 즉, 기하 광학을 이용하여 다중 반사 시 유효면적을 계산하고 최종 반사면에서는 물리광학을 이용하여 레이더 반사면적을 해석한다. 개발된 프로그램의 신뢰성 확보를 위하여 이론해가 있는 구조물들의 결과들과 비교하여 본 프로그램이 복합 구조물의 레이더 반사면적 해석에 유용하게 사용될 수 있는 것을 확인하였다.
We built 7 potential extra-terrestrial planets including the full 3D Earth model with various surface types and 6 planet models, each with uniform surface characteristics. The surface types include ice, tundra, forest, grass, ground and ocean. We then imported these 7 planets into integrated ray tracing(IRT) model to compute their disk averaged spectra and to understand the spectral behavior depending on the geometrical view, illumination phase and seasonal change. The IRT computation show that the 6 planets with uniform surfaces exhibit clear spectral differences from that of the Earth. We then built a phase and seasonal DAS database for the 6 uniform surface planets and used them for parametric spectral decomposition technique to derive the Earth DAS. This computation resulted in the first potential solution to the surface type ratio of the Earth compared to the measured earth surface type ratio. The computational details and the implications are discussed.
We present construction of 3D Earth optical Model for in-orbit performance prediction of L1 halo orbiting earth remote sensing instrument; the Albedo Monitor and Radiometer (Amon-Ra) using Integrated Ray Tracing (IRT) computational technique. The 3 components are defined in IRT; 1) Sun model, 2) Earth system model (Atmosphere, Land and Ocean), 3)Amon-Ra Instrument model. In this report, constructed sun model has Lambertian scattering hemisphere structure. The atmosphere is composed of 16 distributed structures and each optical model includes scatter model with both reflecting and transmitting direction respond to 5 deg. intervals of azimuth and zenith angles. Land structure model uses coastline and 5 kinds of vegetation distribution data structure, and its non-Lambertian scattering is defined with the semi-empirical "parametric kernel method" used for MODIS (NASA) missions. The ocean model includes sea ice cap with the sea ice area data from NOAA, and sea water optical model which is considering non-Lambertian sun-glint scattering. The IRT computation demonstrate that the designed Amon-Ra optical system satisfies the imaging and radiometric performance requirement. The technical details of the 3D Earth Model, IRT model construction and its computation results are presented together with future-works.
Monostatic RCS analysis of complex structures has been done with a combined method of physical and geometric optics, commonly applied to high frequency electromagnetic backscattering problems. In the analysis, the complex structure is modeled as a number of flat surfaces and the RCS of whole structure is calculated by summing RCS of each surface, which can be obtained from an analytical solution of flat surface phase integral derived from physical optics. The reflected and hidden surfaces are searched by an object precision method based on adaptive triangular beam method, which can take account for effects of multiple reflections and polarizations of electromagnetic wave. The validity of the presented RCS analysis method has been verified by comparing with exact solutions and measured data for various structures.
RCS effects of long-crested wave surfaces to marine targets are numerically analyzed using a 4-path model and a direct analysis method, developed based on physical optics and a combined method of physical optics/geometric optics, respectively. Reflectivity of long-crested wave surfaces is described with 'Fresnel reflection coefficients' The MPM(modified Pierson-Moskowitz) ocean spectrum is adopted to simulate long-crested waves in the direct analysis method. A numerical analysis of a benchmark model assures the validity of both methods. The direct analysis method is applied to the RCS calculation of electromagnetically large marine targets, which are vertically oriented or slanted to the long crested wave surfaces randomly generated with various significant wave heights. The long-crested wave surface much highly increases the RCS of the marine target, but those effects are decreased as the significant wave height grows up. At low elevation angle, the vertical model has entirely high RCS comparing slanted model, and the RCS of vertical flat plate is the highest on the calm sea surface, while those of slanted flat plates are the lowest on the calm sea surface. The RCS of marine targets on continuously-varying sea surface is more coherent at lower elevation angles, as well.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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