本篇文章将分别介绍基于Feko的建模流程与基于CST的一维距离像仿真流程。

W87核弹，是美利坚合众国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室设计的最新的弹道导弹弹头，是一种两级内爆式核装置。

这里我们就利用Feko软件的建模模块——CADFEKO，以W87弹头为例介绍建模过程。

首先从公开文献中得知W87弹头的模型示意图如下图所示：

根据弹头的尺寸形状进行建模，首先在下图的Feko主界面中打开CADFEKO：

在CADFEKO界面中，选择“Create a new model”新建一个模型，空的建模界面如下图所示：

首先调整选择合适的长度单位，从CADFEKO上方的Home选项卡中选择Model unit，根据W87模型示意图，这里选择厘米作为长度单位：

接下来开始建模，在Construct选项卡中的Create solid模块中选择Cone来添加一个圆锥，其尺寸参数均参考模型示意图进行设置：

建立好圆锥后，左键选中圆锥的底面，按delete键来删除底面。接下来建立弹头的底部，在Construct选项卡中的Create arc模块中选择Elliptic arc来添加一个1/4圆弧：

由图中可以看出，圆弧的位置仍在坐标原点处，与我们最终想要获得的效果不符，因此还要把圆弧的坐标系调整到合适的位置：

这样，由这个1/4圆弧旋转就可以产生我们所需的曲面，所以接下来首先选中圆弧，然后在Construct选项卡中的Extend模块中选择Spin来使用这个圆弧旋转生成一个曲面，其中，旋转轴定为N轴的反向，旋转角度为360°：

这样，就可以获得圆弧旋转构成的曲面：

然后按住键盘的Ctrl键，分别选中两个部分，再在Construct选项卡中的Modify模块中选择Union来将两个部分结合成一个整体：

最后将模型的底部补全，在Construct选项卡中的Create surface模块中点击Ellipse，选择合适的参数来构建一个圆平面，并使用Union将该面与之前建好的模型结合成一个整体：

这样，我们就建好了W87弹头的模型：

为了方便在CST软件中利用这个模型来计算雷达回波以及一维距离像，这里我们把建好的模型导出，在Home选项卡中的File模块中分别选中Export→Geometry→CATIA V5，这样就可以把模型导出成CATIA V5的格式：

这里需要注意的是，Feko可以将模型导出为多种格式，这里因为后续我们要使用CST导入模型，因此这里选择了其中一种Feko可以导出、CST也可以导入的模型格式，实际上可以根据具体需要在选择导出和导入的模型格式。

利用CST软件，在导入目标模型文件后，设置相关参数即可直接获得目标的HRRP（高分辨率一维距离像）。下面以某弹头为例介绍利用CST计算目标一维距离像的流程：高频渐进求解器（Asymptotic Slover）中的Mode选择Range Profile，Accuracy设置为high，设置步进频率雷达的带宽为6GHz，起止频率分别为7GHz和13GHz，频点数设置为128，俯仰角为0°，方位角为0~90°。

首先打开CST，从模板中添加新项目，打开项目模板向导，在左边的扇形图中选择MW&RF&OPTICAL，即微波、高频、光学仿真，然后在右边的列表中选择Radar Cross Section，并点击next：

由于我们要计算距离像，因此接下来在工作流选择时选择Radar Range Profile，点击next：

接下来选择Asymptotic，即高频渐进求解器（我的CST这里只有这一种求解器可选），点击next：

然后设置一组合适的单位，这里不需要做调整，直接点击next：

最后填写好模板名称再点击finish就成功创建了一个距离像仿真项目，其主界面如下：

首先导入之前我们利用FEKO软件仿真获得的目标模型。在Modeling选项卡中的Exchange模块中依次选择Import/Export→3D Files→CATIA V5/V6，并选中模型文件firev5.CATPart来将其导入，导入过程及导入结果如下：

接下来，从CST帮助文档里可知，高频渐进求解器只支持以下几种材质：

PEC

Complex surface impedance materials

Coated materials (incl. frequency-dependent and angle-dependent properties)

Thin panel material (incl. frequency-dependent and angle-dependent properties)

Perfect absorber

而在FEKO中建模完成的模型，其材质默认为Normal，因此首先需要把模型的材质改成PEC，即在左边栏中分别展开Components→firev5→PartBody，可以看到模型分为几个部分：

分别右键选中每个部分，在展开的选项中选择Material Properties...，然后再General选项卡中找到Type，展开下拉列表并选择PEC，点击OK即可将每个部分都改成PEC材质：

接下来开始设置求解器参数，在Simulation选项卡中的Solver模块中，点击Setup Solver，在弹出的窗口中先设定起止频率（单位在一开始已指定，为GHz），这里设定为7GHz~13GHz：

设定好起止频率后，会弹出Asymptotic Solver Parameters界面，首先由于要求距离像，所以求解模式Mode选择Range Profile，求解精度Accuracy设置为high，最大反射数Maximum number of reflections设为10，样本点数Number of samples设定为128，窗函数Window function选择Hanning：

接下来设置fafield的极化，点击Incident field polarization settings(V/m)部分右边的add，这里我们将雷达波的极化设置为水平极化，在弹出的窗口中设置为Horizontal，幅度Amplitude设为1.0：

然后设置farfield的观察角度，设定俯仰角为0°，方位角为0~90°，方位角分辨率为0.1°（我认为这里的角度分辨率就是步进频率，因此后面仿真时就采用0.1°作为步进频率）。这里需要注意的是，在CST中，俯仰角和方位角是已定义的，所以需要先观察模型在仿真环境中的姿态以及对应的俯仰角和方位角，在左边栏点击Farfields：

可见CST软件中的Theta角和Phi角与俯仰角、方位角之间的对应关系，因此这里我们选择固定Theta角为90°，Phi角为90~180°，频率步进为0.1°。点击Setup Solver回到Asymptotic Solver Parameters界面，点击Observation angle sweeps部分右边的add，在弹出的窗口中设置Type为Phi，并设定下方的Phi min为90，Phi max为180，Phi step为0.1：

设置好之后，在Asymptotic Solver Parameters界面点击Start即可开始仿真计算。

计算完成后，可以利用CST来查看计算结果，在左边栏依次展开2D/3D Results→Sinograms→Polarization HP(1)，可以看到有Ephi、Etheta和RCS三个部分，直接展开RCS，点击theta=90,phi=(90,180,0.1)，即可观察计算结果：

可以看出，成功计算并绘制的目标的HRRP。

另外，我们也可以使用matlab脚本对数据进行处理，首先将计算出的HRRP导出，在Post-Processing选项卡中的Exchange模块中选择Import/Export，然后选择Export中的Plot Data(ASCII)...，就可以将HRRP导出为txt文件：

其文件内容如下：

其中，第一列为Phi角角度，第二列为距离分辨单元，第三列为回波值。对于一个模型，一共有901条样本，对应Phi角从90°到180°，而每条样本长度为512，对应有512个距离分辨单元，因此可以将一个模型的全角域HRRP数据当作一个512×901的图像进行处理。利用这个数据文件，使用matlab的pcolor绘制伪彩图，colormap设定为parula，最终得到的Fire2的0~90度方位角一维距离像如下：