Dönüşümsel Elektromanyetik Yaklaşımı ile Dalgalı Deniz Yüzeyi ve Üzerindeki Cisimlerden Saçılma Probleminin Etkin Monte Carlo Simülasyonu

Dalgalı deniz yüzeyi üzerinde bulunan gemi ve aldatıcı gibi cisimlerden saçılan elektromanyetik alana (veya bu alandan türetilen radar kesit alanı parametresine) ait olan istatistiksel özellikler; dönüşümsel elektromanyetik, sonlu elemanlar yöntemi (SEY) ve Monte Carlo yaklaşımları kullanılarak elde edilmiştir. Deniz yüzeyi profili, bir rasgele süreç olarak modellenmiş ve bu sürece ait spektral güç yoğunluğu fonksiyonu kullanılarak deniz yüzeyi profili için örnek fonksiyonlar elde edilmiştir. Her örnek deniz yüzeyi profili için oluşturulan sınır değer problemi, dönüşümsel elektromanyetik yaklaşımına dayanan SEY ile çözülmüş ve bunun sonucunda hesaplanan elektromanyetik alandan radar kesit alanı için örnek fonksiyonları elde edilmiştir. Koordinat dönüşümüne dayanan dönüşümsel elektromanyetik yaklaşımı sayesinde, standart yaklaşımın aksine SEY ağı sadece bir kez yaratılmakta ve bu sayede simülasyon süresi büyük ölçüde azaltılabilmektedir. Bu amaçla, yüzeyin etrafında/üzerinde bir metamateryal katman tasarlanmakta ve katmanla yüzey arasındaki bölge hesaplama bölgesinden çıkarılmaktadır. Monte Carlo ile her bir yüzey için tek bir ağ kullanılmakta ve sadece metamateryal içindeki parametreler değiştirilmektedir.

Efficient Monte Carlo Simulation of Scattering from Rough Sea Surfaces with Objects via Transformation Electromagnetics

Statistical properties of scattered fields (or radar cross section values) in electromagnetic scattering from objects (such as ship- and decoy-like objects) on or above random rough sea surfaces are predicted by using transformation electromagnetics, finite element method (FEM) and Monte Carlo technique. The rough sea surface is modeled as a random process and is randomly generated by using the Pierson-Moskowitz spectrum. For each realization of the sea surface, scattered fields and the radar cross section values are computed by combining the FEM and the transformation electromagnetics. The results of a number of realizations are aggregated to model the problem as a random process, and their mean and variance values are determined accordingly. The main purpose of the transformation electromagnetics approach used in this paper is to create a single mesh without repeating mesh generation at each step, and hence, to achieve a great reduction in computation time. A metamaterial medium is introduced above the rough surface, and the region between the surface and the medium is discarded from the computational domain. At each realization, only the material parameters are modified with respect to the geometry of surface without changing the mesh.

___

  • G. S. Brown, “Special Issue on Low-Grazing-Angle Backscattering from Rough Surfaces,” IEEE Trans. Antennas and Propagat., vol. 46, no. 1, pp. 1-2, 1998.
  • R.E. Collin, “Electromagnetic scattering from perfectly conducting rough surfaces (a new full wave method),” IEEE Trans. Antennas and Propagat., vol. 40, no. 12, pp. 1466-1477, 1992.
  • Y. Kuga, C.T.C. Le, A. Ishimaru, L.A. Sengers, “Analytical, experimental, and numerical studies of angular memory signatures of waves scattered from one-dimensional rough surfaces,” IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing, vol. 34, no. 6, pp. 1300-1307, 1996.
  • R. L. Wagner, J. M. Song, W. C. Chew, “Monte Carlo simulation of electromagnetic scattering from two-dimensional random rough surfaces,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 45, no. 2, pp. 235-245, 1997.
  • A. Ishimaru, “Backscattering enhancement: from radar cross sections to electron and light localizations to rough-surface scattering,” IEEE Antennas Propagat. Mag., vol. 33, no. 5, pp. 7-11, 1991.
  • W. J. Pierson, L. Moskowitz, “A proposed spectral form of fully developed seas based on the similarity theory of S. A. Kitaigorodskii,” J. Geophys. Res., vol. 69, pp. 5181–5203, 1964.
  • H. Bateman, “The transformation of the electrodynamical equations,” Proc. London Math. Soc., vol. 8, pp. 223-264, 1910.
  • J.P. Berenger, “A perfectly matched layer for the absorption of electromagnetic waves,” J. Comput. Physics, vol. 114, pp. 185-200, 1994.
  • Z. S. Sacks, D. M. Kingsland, R. Lee, and J.-F. Lee, “A perfectly matched anisotropic absorber for use as an absorbing boundary condition,” IEEE Trans. Antennas Propagat, vol. 43, pp.1460-1463, 1995.
  • W. C. Chew, J. M. Jin, and E. Michielssen, “Complex coordinate stretching as a generalized absorbing boundary condition,” Microwave Opt. Tech. Lett., vol. 15, pp. 363-369, 1997.
  • O. Ozgun, and M. Kuzuoglu, “Non-Maxwellian locally-conformal PML absorbers for finite element mesh truncation,” IEEE Trans. Antennas Propagat., vol. 55, no. 3, pp. 931-937, 2007.
  • J. B. Pendry, D. Schurig and D. R. Smith, “Controlling electromagnetic fields,” Science, vol. 312, pp.1780-1782, 2006.
  • O. Ozgun, and M. Kuzuoglu, “Electromagnetic metamorphosis: Reshaping scatterers via conformal anisotropic metamaterial coatings,” Microwave Opt. Technol. Lett., vol. 49, no. 10, pp. 2386-2392, 2007.
  • O. Ozgun, and M. Kuzuoglu, "Utilization of anisotropic metamaterial layers in waveguide miniaturization and transitions," IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol. 17, pp. 754-756, 2007.
  • B. Donderici, and F.L. Teixeria, "Metamaterial blueprints for reflectionless waveguide bends," IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol. 18, pp. 233-235, 2008.
  • G.X. Yu, W.X. Jiang, X.Y. Zhou, and T.J. Cui, "Non-rotationally invariant invisibility cloaks and concentrators of EM Waves," Eur. Phys. J. Appl. Phys, vol. 44, pp. 181-185, 2008.
  • O. Ozgun, and M. Kuzuoglu, "Domain Compression via Anisotropic Metamaterials designed by Coordinate Transformations," Journal of Computational Physics, vol. 229, no. 3, pp. 921-932, Feb. 2010.
  • H. Odabasi, F. L. Teixeira, and W. C. Chew, "Impedance-matched absorbers and optical pseudo black holes," J. Opt. Soc. Am. B, vol. 28, no. 5, pp. 1317-1323, 2011.
  • O. Ozgun, and M. Kuzuoglu, "Transformation-Based Metamaterials to Eliminate the Staircasing Error in the Finite Difference Time Domain Method," Int. Journal of RF and Microwave Computer-Aided Eng., vol. 22, no. 4, pp. 530–540, July 2012.
  • O. Ozgun, and M. Kuzuoglu, "Software Metamaterials: Transformation Media Based Multiscale Techniques for Computational Electromagnetics," Journal of Computational Physics, vol. 236, pp. 203-219, March 2013.
  • O. Ozgun, and M. Kuzuoglu, "Transformation Electromagnetics Based Analysis of Waveguides with Random Rough or Periodic Grooved Surfaces," IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 61, no. 2, pp. 709-719, Feb. 2013.
  • O. Ozgun, and M. Kuzuoglu, "A Transformation Media Based Approach for Efficient Monte Carlo Analysis of Scattering from Rough Surfaces with Objects," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 61, no. 3, March 2013.
  • I.V. Lindell, Methods for Electromagnetic Field Analysis, Oxford Univ. Press, 1992.
EMO Bilimsel Dergi-Cover
  • ISSN: 1309-5501
  • Yayın Aralığı: Yılda 2 Sayı
  • Başlangıç: 2011
  • Yayıncı: -
Sayıdaki Diğer Makaleler

Yüksek Çözünürlüklü Multispektral Uydu Görüntülerinde Kuvvetlendirilmiş Sınıflandırıcılar Kullanılarak Otomatik Yol Çıkarımı

Umut ÇİNAR

Dönüşümsel Elektromanyetik Yaklaşımı ile Dalgalı Deniz Yüzeyi ve Üzerindeki Cisimlerden Saçılma Probleminin Etkin Monte Carlo Simülasyonu

Mustafa KUZUOĞLU, Özlem ÖZGÜN

Türkiye ve Avrupa Elektrik Sistemlerinin Senkron Paralel Bağlantısı ve Kısıtlılık Yönetimi: Yük Akışı Tabanlı Koordineli İhale Yöntemi Synchronous Parallel Connection of the Turkish and European Electricity Systems and Congestion Management:

Hakkı ÖZATA, Musa AYDIN

Güneş Pili Modülünün Matlab/Simulink ile Modellenmesi ve Simülasyonu ( Modeling and Simulation of Solar Cell Module in Matlab/Simulink)

Mustafa ŞAHİN, Halil OKUMUŞ

Paraşüt-Yük Sistemlerinin Dinamik Modellenmesi ve Yol-Nokta Takibi /

Gönenç GÜRSOY, İlkay YAVRUCUK

Kamuflaj Tespiti için Hiperspektral Görüntüleme

Ali KARACA, Alp ERTÜRK, M. Kemal GÜLLÜ, Sarp ERTÜRK

50 MHz – 26,5 GHz Aralığında Çalışan Toplam Güç Radyometrenin Gerçekleştirilmesi ve Test Edilmesi - Realization and Test of The Total Power Radiometer Working Between 50MHz and 26.5 GHz Frequency Range

Murat CELEP, Şenel YARAN, Cem HAYIRLI, Arif DOLMA

Küresel Konumlama Sistemlerinin Kullanılamadığı Durumlarda Ataletsel Navigasyon Sistemlerinin Başarımının Korunması - Preserving Accuracy of Inertial Navigation Systems in GNSS-Denied Environments

Levent GÜNER, M.kemal ÖZGÖREN, Bülent PLATİN

DENETİM SİNYALLERİ ÜRETEN İŞLEMCİLER

Ahmet TEKE, Adil ÖZBARUT