一维带限Weierstrass分形粗糙面透射波散射系数特征研究

采用一维归一化带限 Weierstrass函数模拟一维分形粗糙面,根据微扰法研究了粗糙面下方介质2中的电磁散射,结合分形粗糙面的自相关函数和功率谱导出了不同极化状态下一维带限Weierstrass分形粗糙面透射波散射系数计算公式．通过数值计算得出了不同极化状态下一维带限Weierstrass分形粗糙面透射系数的分形特征、基本特征、分区特征和随频率变化特征．结果表明分维、粗糙面高度起伏均方根和入射波频率对分形粗糙面透射波散射系数有显著影响,在其他条件不变的情况下,分维越大、粗糙面高度起伏均方根越大、入射波频率越大,透射系数就越大．     

Method of moment investigation on electromagnetic scattering from the three-layered rough interfaces

The properties of electromagnetic(EM) scattering from a multi-layered rough surfaces have been investigated through the method of moments(MOM) with the pulse basis function and the point matching technique. Theoretical formulas such as integral equations, matrix equations, and the definition of the bistatic scattering coefficient of this scattering problem have been derived in detail. The Gaussian rough surface has been applied to simulate the realistic surface by the Monte Carlo method. Firstly, the validity of the presented method has been shown by comparing with the finite difference time domain(FDTD). The versatility of the presented method has been demonstrated by degenerating the three-layered rough interfaces to a single-layered rough interface and then comparing with the exit scattering model. Finally, the influences of the characteristic parameters such as incident angle, relative permittivity of the medium, root mean square height and correlation length, as well as the height of each rough surface on the bistatic scattering coefficient are discussed in detail.     

一维带限Weierstrass分形分层介质粗糙面电磁散射研究

运用微扰法研究了平面波入射分层介质粗糙面的电磁散射,推出了不同极化状态下的双站散射系数公式．采用一维带限Weierstrass分形粗糙面来模拟实际分层介质粗糙面,结合其功率谱导出了平面波入射时的双站散射系数计算公式．通过数值计算得到了HH极化下双站散射系数随散射角的变化曲线,讨论了分维、空间基频、标度区间、底层介质介电常数、中间介质介电常数和厚度、粗糙面高度起伏均方根及入射波频率对双站散射系数的影响,得到了平面波入射一维带限Weierstrass分形分层介质粗糙面散射系数的分形特征、基本特征、分区特征和随频率变化的特征．     

分形粗糙面单站散射的遮蔽效应研究

利用粗糙面电磁散射中的基尔霍夫近似，结合粗糙面遮蔽效应和分形粗糙面特征函数的计算，导出了考虑遮蔽效应情况下导体分形粗糙面单站散射截面近似公式．比较了高斯粗糙面和分形粗糙面的散射截面分布情况，分析了粗糙面不同均方根斜率对遮蔽效应的影响．研究了不同分维和不同空间基频情况下分形粗糙面后向散射截面的角分布情况．     

二维分形表面电磁散射特性

为深入研究电磁波、光波探测信号与不规则背景表面之间的相互作用机理及物理本质,以便给雷达目标探测、不规则材料表面的探测与遥感提供必要的散射模型,对具有分形维度的二维粗糙表面采用带限Weierstrass函数进行建模,推导了基于基尔霍夫近似理论的二维粗糙面散射场,在HH极化条件下,给出了该分形面的电磁平均散射系数和平均强度系数,通过理论分析和数值计算讨论了粗糙面散射特性与谐波数、入射波波长、面分维等其他参量之间的关系.结果表明,随着分维和谐波数的增大,除镜向反射以外,散射强度的幅值及其旁瓣分量是增大的.为基于表面散射强度重构粗糙面的相关统计参数提供数据.     

粗糙面电磁散射的SSA方法研究

采用小斜率近似方法研究了粗糙面的电磁散射问题，给出了小斜率近似下散射截面的级数展开，得到了满足高斯谱分布的导体粗糙面一阶、二阶、三阶小斜率近似下双站散射截面结果，同时将小斜率近似与考虑遮蔽效应的基尔霍夫近似和有关实验测量结果作了比较，研究表明，小斜率近似在整个入射角范围内较为准确，在散射角较大时与实际测量结果也较为吻合，小斜率近似是一种处理粗糙面电磁散射问题的较好方法。     

粗糙面电磁散射的小斜率近似方法研究

采用小斜率近似方法研究了粗糙面的电磁散射问题,给出了小斜率近似下散射截面的级数展开,得到了满足高斯谱分布的导体粗糙面一阶,二阶,三阶小斜率近似双站散射截面结果．同时将小斜率近似与考虑遮蔽效应的基尔霍夫近似和有关实验测量结果作了比较．数值结果表明小斜率近似在整个入射角范围内较为准确,在散射角较大时与实际测量结果也较为吻合．     

深粗糙度随机粗糙表面光散射特性数值研究

为了研究深粗糙度随机粗糙表面的光散射现象,采用线性滤波法生成高斯分布随机粗糙表面,利用矩量法推导了深粗糙度表面的散射光平均差分散射系数。通过数值计算波长为1.064 μm的S和P线偏振入射光照射下的多组良导体表面的平均差分散射系数,发现结果出现了后向增强峰值和朗伯散射现象。根据散射宽度分布、后向增强峰值、散射峰位置等特征,分析了入射角、表面粗糙度与散射分布之间的关系。结果表明,S和P线偏振入射光良导体表面散射场能量守恒特性不同。     

一种新的描述粗糙表面形貌尺度分维参数Rd的研究

对传统粗糙岩石表面形貌描述参数进行了分析对比，分形维数适合于描述机械摩擦这样的粗糙细节较小的场合，对于研究粗糙尺度较大的岩石两体相互作用问题，分形维数描述方法不适用于与其力学性能建立联系．借助分形理论中以分数而非整数表示图形维数的思想，提出了一种新的描述表面粗糙形貌的指标Rd．通过对分形函数生成的粗糙曲线和基于激光扫描技术得到的粗糙表面的研究，分析了传统描述指标Ra与Rd描述指标的优缺点，验证了Rd指标的合理性．     

结构函数与均方根分形表征效果的比较

为了比较结构函数与均方根两种测度方法的分形表征效果，模拟了具有不同理论分形维数的Weierstrass—Mandelbrot分形轮廓曲线；制备了车削、磨削和砂纸打磨的不同粗糙表面，并提取了它们的轮廓曲线；然后用结构函数和均方根两种方法对理论和实际的轮廓曲线进行了分形表征和分维计算．研究表明，两种测度方法对分形模拟轮廓曲线均具有较好的表征效果；对于机加工粗糙表面，均方根测度方法比结构函数测度方法的适应性强，无标度区间宽，表征效果好；另外，均方根测度方法还具有物理意义明确，分维计算简单和分形表征直观等优点．     

带限分形粗糙面的遮蔽效应

采用蒙特卡罗数值模拟,生成不同分维数和不同均方根斜率的一维带限分形粗糙面.利用射线追踪法得到了带限分形粗糙面单次散射遮蔽函数随入射角变化的曲线,分析了不同分维数、不同均方根斜率对分形粗糙面遮蔽函数的影响.比较了均方根斜率相同时带限分形粗糙面与高斯随机粗糙面遮蔽函数随入射角变化的曲线,结果表明分维数取不同值时,带限分形粗糙面与高斯随机粗糙面遮蔽函数随入射角变化的曲线基本一致.     

动态海面的分形模拟及其电磁散射

文中从海面的功率谱出发,建立了海面的Ｗｅｉｅｒｓｔｒａｓｓ分形函数模型;导出了此模型在Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ散射模式下散射系数的闭合解析表达式;利用该表达式用计算机模拟计算了粗糙海面的电磁散射回波,并用数盒子法提取了其分维数,得到了散射波的分维数与海面参数,雷达系统参数之间的定量关系。     

天然粗糙面雷达杂波的分形模型

引入时变分形曲面描述天然粗糙面的面部动态特征,给出了３个合理电磁散射假设,采用基尔霍大法定怀撒射场的时域分形特性,导出天 杂波的分形模型,随后以大擦地角的回波信号为例,简要分析了杂波模型的幅度分布,功率谱和参数的特性、,理论分析和实验表明,天然粗糙面杂波和分形模型相吻合,分形模型可有效地对天然粗糙面杂波进行建模 。     

分形表面三维形貌Areal参数表征研究

以WM分形函数模拟机械加工表面,采用最小二乘平面作为基准平面,对三维表面形貌Areal表征参数(14+3)体系进行全面分析,包括幅度参数、空间参数、综合参数、功能参数等4类形貌参数,并分析三维表面分形维数与表面形貌表征参数的相关关系,以此探究表面形貌参数对表面功能的影响。研究结果表明:三维WM分形表面近似于高斯表面,服从高斯分布;WM分形表面的分形维数与三维表面形貌参数之间存在一定关系,幅度参数和综合参数与分形维数呈现标准的线性分布,这2类参数与表面功能存在密切关系;而空间参数和功能参数随分形维数的增大变化不大,对表面功能的影响并不明显。     

Scattering simulation and reconstruction of a 3D complex target above an underlying surface using SIMO radar with plane array

A SIMO(single input and multiple output) system of a step-frequency(SF) radar is used.It works in downward-looking spotlight mode and moves within a 2D synthetic plane array.A 3D(three-dimensional) matrix of bistatic scattering fields is produced in both the amplitude and phase from a 3D complex-shaped electric-large target above background surface.In numerical simulation,the bidirectional analytic ray tracing(BART) method is applied to calculate bistatic scattering in the SIMO observations from a volumetric target above background rough surface.An improved 3D RMA(range migration algorithm) is then utilized to make the imaging.Its 3D imaging is applied to reconstruct the target profile.As validation and comparison,the scattering fields of some simple targets are computed with comparisons of the BART and FEKO software.The SIMO techniques of imaging and reconstruction for a 3D target,such as a tank-like model over rough surface,are presented.     

粗糙介质面对光波束的散射理论

研究当入射场为波束时的粗糙介质质面的散射问题,利用波束的平均波谱展开方法及其尔霍夫近似理论导出垂直极化的散射场和非相干截面计算公式。结果表明,当入射波束照射在粗糙面的区域近似为均匀照射以及波束照射的粗糙面的线性尺寸大于粗糙面度度起伏的相关长度时,非相干后向散射结果与平面波照射时的结果完全相同;当介质本征阻抗趋于零时,非相干后散结果与全波法得到的理想导体的非相干截面结果趋于一致。     

并行程序性能分析中的时戳同步技术

采用矩量法（MOM）对高功率微波（HPM）近地面传输进行了仿真,近地面采用理想导体（PEC）的高斯随机粗糙面进行模拟。通过数值计算结果分析了入射角和均方根高度对HPM近地面传输特性的影响,得出以下主要结论：HPM在近地面传输,受到粗糙面均方根高度的影响较大,当均方根高度较小时,镜面反射方向的衰减越小,其它方向的衰减越大;当均方根高度较大时,各个方向的能量分布较为均匀,衰减都较大。同时各个方向的衰减也受到入射角度的影响,入射角越大衰减越小。     

粗糙表面切向接触刚度概率分析方法

针对粗糙表面微凸体的多样性引起的接触切向刚度的变化,提出粗糙表面切向接触刚度概率分析方法.基于Hertz理论和GW模型,考虑微凸体接触半径与高度均服从正态分布,得到各自的概率密度函数.运用接触力学和统计学原理,计算粗糙表面微凸体的个数,建立粗糙表面切向接触刚度的概率统计模型.采用控制变量法,研究外界载荷、摩擦系数和统计参数对切向接触刚度的影响,与同种工况下分形模型的计算结果与实验结果进行对比.研究结果表明粗糙表面切向接触刚度与法向载荷和摩擦系数成正相关,与切向载荷成负相关;微凸体之间高度或接触半径的正态分布标准差越小,切向接触刚度越大.这与同条件下分形模型及实验得到的结果趋势相一致.     

Numerical simulation of bistatic scattering from a target at low altitude above rough sea surface under an EM wave incidence at low grazing angle by using the finite element method

Astudyofscatteringfromavolumetrictargetaboverandomroughsurfaceisofgreatsignificanceintargetdetectioninterrainandoceanicclutters.Mostofanalyticalapproachestoroughsurfacescatteringarebasedonsomeapproximations,suchastheKirchhofftangentplaneapproximation,smallperturbationapproximation,two-scalemodelandothers[1].Analyticalstudyofscatteringfromanobjectabovethesurfacehasbeenlimitedtothemodelofasphereoracylinderaboveaplanarconductingsurface[2,3].Numericalmodelforsimulationofscatteringfromcomplextarget…     

分形粗糙面的主轴承弹流脂润滑分析

为探究弹性流体动压润滑(弹流润滑)状态下RV减速器主轴承接触表面之间的润滑特性,基于润滑脂的非牛顿特性以及粗糙表面分形理论,提出一种主轴承的点接触弹流脂润滑数值模型。首先,对该模型进行数值求解,得到脂膜压力、脂膜厚度的分布规律;然后,将其分别与其他点接触弹流润滑模型的数值结果和实验结果进行对比,验证了所建模型的正确性;最后,分析了主轴承表面光滑和粗糙状态下流变指数、分形维数、卷吸速度、载荷和润滑脂黏度对润滑性能的影响。结果表明:润滑脂的非牛顿性越明显,脂膜厚度越小且颈缩现象愈加不明显,接触区附近脂膜压力越符合赫兹压力分布,二次压力峰逐渐消失;考虑主轴承分形粗糙表面的弹流润滑特征更切合实际,增大分形维数,接触区真实接触面积增大,有利于降低脂膜压力,增加脂膜厚度;卷吸速度、载荷和润滑脂黏度对脂膜厚度分布的影响显著,对脂膜压力分布的影响较小;脂膜厚度以及最小膜厚越大,主轴承接触区脂膜不易破坏且越容易形成动压润滑。