海洋环境对雷达海杂波后向散射特性影响分析

为分析海洋环境对雷达海杂波后向散射特性的影响,建立了一种基于修正复合模型方法的雷达海杂波后向散射关系模型。雷达入射余角较大时,主要散射形式为镜面散射;入射余角较小时,主要散射形式为Bragg散射。考虑了逆顺风条件下后向散射系数的差异性,改进了原有模型Bragg散射的方向海谱部分,增加了风向因子。利用模型对不同入射角条件下海洋环境因素与后向散射系数的关系进行了仿真计算。计算结果表明,当海面作为雷达波的反射面时,雷达后向散射特性十分复杂,风速、风向、海浪、降水、海面油污等海洋环境因素都会对其产生影响。其中,风速和有效波高对海面后向散射的影响最大,风向次之,降水再次之,而海面油污的影响最小。      

各向异性粗糙海面对掠入射激光的散射特性研究

针对目前粗糙海面的激光散射场模型并不适用于激光束掠入射的情况以及忽略风速的影响,基于Cox-Munk模型及基尔霍夫近似（KA）模拟各向异性粗糙海面,建立海面对掠入射激光束的方向反射率分布模型,仿真分析了方向反射率随风速、风向、入射角、入射方位角、反射角、反射方位角的变化规律,并通过水池实验进行了验证。结果表明:粗糙海面对激光束的散射能量主要分布在以被照射海面为顶点的圆锥形角空域,此空域角方向位于镜面反射方向附近,且随着风速的增加,空域角逐渐变大,对于掠入射的激光束,由于海浪的遮蔽效应,空域角方向会偏离镜面方向。该模型可以为激光半主动制导导弹对海上小目标射击研究以及利用激光束照射粗糙海面布设激光诱饵研究提供一定理论依据。     

激光束海面散射回波建模与仿真

海面散射回波是激光探测系统探测低空掠海目标时的主要干扰,基于Pierson-Moscowitz海浪谱建立了不同风速下粗糙海面的几何模型,并将其作为海面的高度场。在对海面进行面元分割的基础上,根据Cox-Munk关于海浪坡度的统计模型计算了面元的反射回波,建立了粗糙海面的光散射模型,利用该模型对一种圆锥视场入射激光束的散射光分布及探测器接收功率进行了仿真计算。研究结果表明,粗糙海面的散射光分布与入射角度及风速相关,圆锥视场入射激光束的散射光主要分布在入射光束镜像方向周围的立体空间,风速越小,散射光分布越集中;风速越大,散射光分布越分散,为粗糙海面激光束散射特性分析及散射回波计算提供了重要理论依据。     

基于GNSS-R的海面风速探测技术研究

该文利用数值仿真手段分析了全球导航卫星系统海面反射(GNSS-R)信号的时延相关功率曲线特征,讨论了风速、风向、GNSS卫星高度角、接收机平台高度和速度等因素对海面散射信号相关功率的影响,给出了GNSS-R海面风速的反演方法和技术流程,并进行了试验验证。结果表明,在中低风速条件(<20 m/s)下,GNSS-R测量的海面风速与实测风速的基本一致,说明 GNSS-R 探测海面风速的可行性以及该文给出的海面风速反演方法的正确性。当风速超过20 m/s时,由于受海浪谱模型的限制,其反演的结果明显低于实测风速。最后,根据试验结果,初步给出了GNSS-R测量海面风速的修正模型。     

改进的一维分形模型在海面电磁散射中的应用

本文中提出了一种改进的一维分形海面模型,其表面谱在空间波数小于基波波数及大于基波波数时分别满足正幂率关系和负幂率关系,在不同风速时分形模型的表面谱和PM谱吻合较好.在满足Kirchhoff近似条件下推导了改进分形模型的散射系数及散射强度系数的计算公式并进行了数值计算,比较了改进分形海面模型和经典分形海面模型下散射强度系数角分布并讨论了它们随入射频率和海上风速的变化.     

高频地波雷达海面舰船RCS预估

为了有效预估高频雷达海面目标的短波散射特性,采用两媒质半宽间FDTD方法对海面舰船目标电磁建模.通过对有限长贴地介质圆柱进行电磁建模,证明了该方法计算结果的准确性.最后,以海面某海监船为研究对象,分析其电磁散射情况,并将计算结果与实验观测结果进行了对比,结果表明:两者吻合良好.     

数值模拟低掠角入射海面与船目标的双站散射

为研究风驱粗糙海面上有船目标时的双站散射,提出了一种结合广义前后的迭代方法（GFBM）与谱加速算法（SAA）快速求解双站散射的Monte Carlo数值方法,计算了在TE、TM锥形波低掠角入射在一维Pierson-Moskowitz谱粗糙导体海面以及船目标存在时的双站散射,数值模拟了在低掠角入射条件下,包含多次散射传播的粗糙海面与目标的双站散射与极化、频率、视角和海面风速等参数的关系。     

基于辛算法海面与目标电磁散射研究

为了克服时域有限差分（FDTD）的缺陷我们引入辛算法理论（SFDTD）,结合辛算法的稳定性分析了海面与其上方目标的复合电磁散射特性,并分析了入射角度,风速等对复合散射特性的影响,首先给出了Weiersstrass分形海面模型,数值结果表明分维度和风速的变化都会引起海面的粗糙程度很大的变化,同时目标的存在对海面散射影响很大,它使得海面的散射能量会有相应的增加,并且风速的增大使得海面粗糙度增大,这样在其他方向上散射逐渐增强,而在镜像方向上的增强越来越不明显。     

机载GNSS-R海面风场信号处理技术研究

研究GNSS海面散射信号相关功率,对反演海面风速具有非常重要的作用。针对低信噪比下,传统的方法不能成功捕获卫星信号,无法得到海面散射信号相关功率的问题,提出一种延长相干积分时间来获得海面散射信号相关功率的方法,并进行了仿真。将仿真结果与传统方法的仿真结果进行对比分析,发现该方法可以捕获到卫星信号,提高了接收机的灵敏度并准确绘制了海面散射信号相关功率波形图。     

利用微波散射特性重建海面波高谱

本文利用电磁散射理论进行海面微波后向散射特性的数值分析,并与机载散射计所获得的实验数据匹配重建反映风场的海面波高谱。从而得到散射系数与风速的关系曲线,只要测得海面后向散射系数就能确定海面风速,这对于海洋微波遥感具有一定实际指导意义。     

基于电磁模型的宽带雷达海杂波信号建模与分析

该文针对时变海洋面雷达回波信号模拟问题,建立了一种包含电磁散射机理与雷达波形调制特征的海杂波雷达回波信号模型.该模型首先建立一组具有时变特征的海面几何样本,通过对改进双尺度面元模型的加速处理,实现各时刻海面散射数据的高效模拟,并通过与测试数据的对比证实了电磁计算方法的准确性,然后采用子脉冲形式建立宽带回波信号模型,并以...     

海面散射仿真中不同波浪谱和松弛率模型选取的对比研究

海面微波散射仿真对于实孔径、合成孔径雷达海洋遥感应用研究以及海洋监测雷达系统设计和信号处理都有很重要的意义,目前的海面散射仿真方法主要是基于复合表面模型来进行的,这些仿真方法都要用到海浪谱和松弛率模型。由于海浪谱、松弛率尤其是小尺度部分难以精确测量,不同的实验和拟合方法得到的模型有较大的差别,从而导致仿真海面散射结果往往相差较大,常常让人不知如何选取。该文比较了几种典型的海浪谱和松弛率模型的海面散射仿真结果与实测数据的差异,结果表明Romeiser提出的波浪谱在L-Ku波段,2-20 m/s风速范围内较其他波浪谱更好。而两种主要的松弛率模型的仿真结果差异不大。该结果可作为海面散射仿真中选取波浪谱和松弛率模型的参考。     

海面流场的三种雷达体制成像仿真

监测海面流场是微波遥感重要应用之一,它对民用和军用领域都有非常重要的意义。微波传感器主要包括早期的真实孔径雷达、高分辨率合成孔径雷达和新兴的双站合成孔径雷达。文中提出一种对海面弱流场和波浪进行真实孔径雷达/合成孔径雷达/双站合成孔径雷达成像的仿真方法。该方法根据给定的海面流场数据、海况条件和雷达参数,考虑倾斜、流体动力和速度聚束调制作用,并利用海面微波散射模型和雷达回波信号模型生成雷达仿真图像,得到的雷达图像可为后续的海洋目标检测等算法提供仿真数据源。     

星载SAR海面场景回波仿真

利用分形海面模型、Kirchhoff近似电磁散射模型和基于时序的动态场景回波仿真模型得到星载SAR海面场景回波.给出理想单色波海浪和分形海面回波仿真实例,回波成像结果符合倾斜调制、速度聚束调制和实际海面SAR图像的统计特性,表明该方法有效.仿真得到的回波数据可为星载SAR海面顺轨干涉(ATl-SAR)测洋流、海洋全极化探测、反演海谱等仿真研究提供源数据.     

粗糙海面上舰船Kelvin尾迹的电磁散射仿真

基于点源扰动方法建立了舰船的Kelvin尾迹模型, 模拟了不同船速下的Kelvin尾迹.实际中, 舰船尾迹除了受到舰船自身参数影响外, 还会受到风驱海浪的调制.为了建立更为符合实际的Kelvin尾迹模型, 借助PM(Pierson-Moscowitz)海谱生成粗糙海面, 将其与Kelvin尾迹模型进行线性叠加后, 得到了粗糙海面上舰船尾迹.在该复合模型基础上, 利用物理光学法获得了不同入射情况下的单站、双站的雷达散射截面, 实现了海面舰船尾迹电磁散射的模拟仿真.这一过程的实现, 有利于更好地模拟舰船尾迹在合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)中的成像仿真, 同时为SAR成像中舰船尾迹以及舰船自身的识别奠定了基础.     

真实孔径雷达海洋图像的分形特征分析

结合海洋雷达图像的电磁散射机理,采用小波分析方法对真实孔径雷达海洋图像的分形维数和特征进行分析,发现虽然海洋表面波具有分形的特征,但是海洋雷达图像在布拉格散射机制主导的情况下,不具备分形特征.为了准确计算雷达图像的分形维数,还对差分盒计数法、数学形态学方法和小波分析方法三种分形维数的计算方法进行了评估,通过对已知维数的模拟图像进行分形维数的计算,分析了三种方法的优缺点.     

Polarization properties of the GPS signal scattered off a wind-driven ocean

A Global Positioning System (GPS) transmitter-receiver pair form a bistatic radar for ocean remote sensing when the receiving platform carries a downlooking antenna capable of collecting the GPS signal scattered off the ocean surface. The aggregate GPS signal scattered by the ocean and received in a general bistatic configuration has been calculated for representative geometries and a variety of wind speeds and directions, using the integral equation method (IEM) combined with a realistic ocean correlation function (spectrum). The role of polarization of the reflected signal is investigated and its dependence on wind speed and direction is analyzed to assess its suitability as a detector of the wind vector. The complexity of the scattering calculations is handled by an efficient integration scheme based on combining Gaussian quadrature with a local interpolation of the surface correlation function. Additionally, since a large number of scattering contributions are required the code has been parallelized for efficiency. Some relevant features of the parallelization scheme are outlined.     

A simulation for spaceborne SAR imagery of a distributed, movingscene

A computer simulation that is designed to represent aspects of spaceborn synthetic-aperture radar (SAR) imagery of the ocean surface is presented. The simulation is unique in that a scatterer density (per resolution cell) is explicitly included, thus allowing the incorporation of various scattering natures, from purely specular to purely diffuse. The simulation may be applied to ocean surface wave imaging, since velocity bunching and scene coherence times are also included. Certain assumptions inherent in the velocity bunching formulation limit the applicability of the simulation in its present form to spaceborn SAR systems only. Two experiments based on this simulation are considered: (1) the effect of varying the target density; and (2) the effect of the mean scene coherence time in the imaging of a ocean swell system     

Synergic inversion technique for active and passive microwaveremote sensing of the ocean

A unified approach for combining active and passive microwave measurements for remote sensing applications is described. A synergic inversion technique has been developed and applied to the retrieval of geophysical parameters of the ocean surface and of the atmosphere. It is based on the combination of radiometric and radar measurements at the electromagnetic and cell level and not only on the correction of radar measurements by radiometric measurements, or conversely. Such a combination is performed through a common quantity: the bistatic scattering coefficient of the observed surface. This is used in a direct model to simulate combined measurements from active and passive sensors. It requires a rather complete and accurate calculation of the scattering of microwaves by the rough sea surface     

The Contribution of Wedge Scattering to the Radar Cross Section of the Ocean Surface

This letter considers the contribution to the radar cross section of the ocean surface due to scattering from edges for which the local radius of curvature is small compared with the radar wavelength. An analytic expression based on the method of equivalent currents is given for such scattering and is evaluated for several assumed sets of parameters. This contribution is shown to augment the Bragg scattering cross section in regions where the latter underestimates the measured radar cross section, while remaining smaller than the Bragg component elsewhere.