Altair Taiwan Blog

儘管聽起來非常不可思議，但世界上最先進的雷達系統仍然會被一堆樹葉和樹枝所阻擋。自然障礙物，特別是樹木覆蓋，給先進的商業和國防測繪和探測系統的設計者帶來了複雜的挑戰。

荷馬·辛普森正在展示一種“高科技”的偽裝技術

雷達散射截面（RCS）是衡量一個物體被雷達探測的程度。一個物體的電磁特徵越大，就越容易被探測到。

雷達系統的設計者可以使用像Altair Feko™ 這樣的仿真技術來評估物體的可探測性，包括其散射性能，即測量物體暴露在雷達信號下時電磁能量是如何散射的。

合成孔徑雷達（SAR）系統使用電磁波傳輸來照亮物體，並通過處理反射或回波成像。合成孔徑雷達發射器通常安裝在移動的機載或衛星平台上，以便在遠距離操作並收集地形數據。

從多個通道或掃描中收集的測量數據被表現為表面地形圖，以幫助探測和區分關鍵景觀特徵，如斷層線、水體、森林和植被、冰川等。

一些技術性很強的任務包括分辨地圖地形中的樹葉、識別森林類型、辨別樹木高度，以及探測異常情況或隱藏在樹葉下的物體——被稱為葉簇穿透（FOPEN）問題。

由於超高頻（UHF）和甚高頻（VHF）頻段中低頻的相關波長明顯大於樹葉和樹枝，它們的電磁傳輸可以很容易地穿透，使它們成為葉簇穿透的理想選擇。

然而，當考慮到K 波段（18-27 GHz範圍）和Ka 波段（27-40 GHz範圍）的更高頻率，其波長在毫米量級，也就是大多數樹葉的物理尺寸，這些較小的波長會導致電磁波與樹葉的相互作用更大，從而增加散射和衰減效應並降低測繪性能。

由於人們對使用更高的Ku 波段頻率（12-18 GHz）進行葉簇穿透的興趣越來越大，越來越需要量化樹葉與Ku 波段頻率的相互作用，從而加強對商業和軍事領域應用的技術支持。

總體而言，由於解決這些RCS 模擬需要大量的模型細節和大量的計算資源，這一重要領域在今天的建模領域基本上還沒有完美的解決方案。

Altair Feko 中的小楊樹模型

桑迪亞國家實驗室、美國能源部、國家核安全局和Altair 進行了一項聯合研究，探索Ku波段傳輸的葉簇穿透問題。這項研究提出了一個葉簇穿透建模方法，引入了一系列新的創新和貢獻，解決了Ku 波段電磁波通過適度樹葉傳輸的現象。

高度詳細的計算機輔助設計（CAD）樹木模型是為楊樹和松樹創建的，由於其詳細程度，這些模型需要使用Altair 的網格工具進行幾何編輯。這些樹被導入到Altair Feko 中，在那裡對L 波段和Ku 波段的葉簇穿透電磁行為進行計算。

分析用的模型需要利用到Feko 和HyperMesh 及其導入和導出通用文件格式的能力。這一階段大部分的準備工作是在HyperMesh 中進行的，清理幾何形狀後，可以獲得一個合理大小並且高質量的網格模型。

柞樹枝葉模型細節

較低的頻率範圍和相應的大波長通常被用於研究和實施葉簇穿透，因為這些低頻率範圍已被證明能有效地穿透密集的樹葉。然而，我們可以從不同的角度來看待這個問題。

與其穿透樹葉，不如通過樹葉的開口發射電磁信號，這樣就有機會為葉簇穿透採用更高的頻率。利用較高頻率的好處是，相關的較小波長提供了更精細的掃描分辨率，總體上有助於葉面特徵和目標探測。

此外，更高頻率的雷達通常更緊湊，可以節省大量的空間和重量，使它們在無人駕駛航空系統（UAS）中特別有用。

葉簇穿透模擬的介紹性場景和結果證明，在Ku波段有穿透適度樹葉的能力。這些結果對雷達工程師來說是重要的且可用的，因為它確定了葉簇穿透是可行的，更高的頻率可能適用於適當的樹葉場景。

利用Ku波段的透射是可能的這一知識，可以開發出通過樹葉辨別目標的技術。此外，這些數據還能讓人了解到現有技術的可用性和適用性。

例如，也許對於合成孔徑雷達來說，像斷層掃描這樣的三維技術用於"看到"樹葉下面，從樹葉的回波中區分出目標的特徵可能是有用的。另外，像地面動目標顯示（GMTI）這樣的其他雷達模式，在探測到目標移動的情況下，可能會在有適度樹葉的場景中成功應用。

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