Desarrollo de técnicas de aceleración de trazados de rayos para la reducción del coste computacional asociado al análisis de la sección radar utilizando óptica física

Resumen

Esta tesis está relacionada con el análisis de la Sección Radar (RCS) de blancos complejos modelados de forma arbitraria, tales como aviones, barcos, misiles, etc. La RCS de un cuerpo juega un papel determinante en su detección, identificación y clasificadas por la estaciones de radar. Por tanto, desde el punto de vista práctico, se requiere herramientas software para realizar el análisis y optimización por ordenador, como alternativa a los sistemas de medidas, ya que dichas medidas sobre cuerpos reales requieren unas instalaciones y unos equipos con un coste económico difícil de asumir en la mayoría de los casos. Con esta herramienta software se pretende obtener la RCS de un cuerpo complejo con la mayor eficiencia y con el menor tiempo de cómputo posible. El tratamiento electromagnético se realiza mediante técnicas asintóticas de alta frecuencia, debido a que los cuerpos analizados son eléctricamente grandes. Concretamente en este trabajo se ha empleado la técnica sintótica de Óptica Física (PO). Las estructuras se encuentren modeladas por superficies NURBS que son superficies paramétricas que están ampliamente extendidas en el diseño y fabricación de aviones, barcos, etc.., es decir, de blancos radar tópicos. La flexibilidad de las superficies NURBS hace que sea posible describir cuerpos muy complejos con unacantidad de información relativamente pequeña y con bastante exactitud. En los últimos tiempos, las necesidades en términos de carga computacional y de tiempo de CPU aumentan notablemente a la hora del cálculo de la RCS de blanco reales, debido a que los modelos geométricos cada vez son más complejos. Aún teniendo en cuenta los grandes avances computacionales obtenidos a partir del desarrollo tecnológico en los últimos años, es necesario desarrollar herramientas eficientes en términos de memoria y tiempo de CPU, manteniendo la precisión en los resultados. En esta tesis ha sido desarrollada una técnica de aceleración basada en el algoritmo Z-Buffer angular (AZB) junto con el algoritmo SVP (Space Volumetric Partitioning). El algoritmo ZBuffer angular ha sido aplicado a los efectos de simple reflexión, difracción, doble y triple reflexión. Por otro lado, el algoritmo SVP permite reducir el número de superficies candidatas a ocultar el elemento que contribuye a la RCS. Sin embargo, en el caso de doble y triple reflexión, estos algoritmos requieren una gran cantidad de memoria cuando el blanco está formado por un gran número de superficies. Para resolver este problema, se ha aplicado el algoritmo SVP para dividir el problema original en un conjunto de cuerpos con menor número de superficies. Para concluir, se muestran una serie de resultados para probar que la aplicación de los métodos desarrollados en este trabajo producen una notable reducción del tiempo de cálculo a la RCS sin perfer eficiencia en los resultados. Esta reducción de tiempo se produce tanto en el caso de superficies complejas con forma arbitraria como en el caso de planas, devido a que se reduce considerablemente el número de superficies a evaluar.