动态分形粗糙海面散射的遮蔽效应和多普勒谱研究

利用粗糙面电磁散射中的基尔霍夫近似,结合粗糙面遮蔽函数和分形粗糙海面特征函数的计算,导出了考虑遮蔽效应情况下导体分形粗糙海面散射截面的近似公式。研究了海面不同均方根斜率对遮蔽效应的影响。比较了毫米波入射时高斯粗糙面和分形粗糙海面的散射截面分布情况。分析了不同分维下分形海面双站散射截面的角分布情况。详细讨论了不同入射角和不同分维及遮蔽效应对分形海面散射回波多普勒谱的影响。     

脉冲波入射时分形粗糙海面的双频散射截面和脉冲展宽

根据粗糙面基尔霍夫小斜率近似研究了脉冲波入射时实际海谱分布的一维分形海面的电磁散射。分析了毫米波入射时不同分维、入射角和入射中心频率下双频散射截面的散射角分布。结果表明分形海面的双频散射截面在镜反射方向有最大的相关带宽，随着海面分维的减小、入射中心频率和入射角的增加，该相关带宽是增大的。对于入射功率为δ函数时的散射波功率是一个具有一定脉冲展宽的散射脉冲，且脉冲展宽与相关带宽成反比关系。     

二维分形海面雷达后向散射截面

本文中通过坐标变换,在局部坐标系中,建立起了散射场与入射场之间的关系表达式,推导出二维分形海面散射矩阵,利用此结果数值模拟二维分形海面的全极化后向雷达截面不同入射角的分布,并数值模拟了不同风向时,后向散射雷达截面的变化.发现四种极化方式下的雷达后向散射截面随入射角和风向分布图形完全相同,仅在数值上相差常数.     

fBm随机粗糙面电磁散射的微扰法近似

本文采用二维fBm分形函数来模拟二维实际粗糙面,利用微扰法给出了fBm粗糙面的归一化散射截面的计算公式。数值计算了不同分维下的实际粗糙面的后向散射截面,并与有关实验测试结果和高斯相关分布及指数相关分布粗糙面的散射结果作了比较。     

分形大气湍流中导体目标的电磁散射

提出了分形大气湍流中导体目标的电磁散射理论,导出了分形大气湍流中光滑导体目标散场的一阶矩和二阶矩。给出了平面波和球面波入射下互相关函数和结构函数随分维的变化关系。以光滑导体圆盘为例计算了其归一化后向散射截面σｎ。结果表明对于具有分形谱分布特征的大气湍流,分维对σｎ有较大影响。     

二维分形粗糙面电磁散射的分形规律研究

采用二维归一化带限Brown分形函数来模拟二维分形粗糙面,利用基尔霍夫近似给出了该粗糙面的电磁散射场和散射强度方差的计算公式,主要讨论了散射场分布与分维的关系,获得了散射场波峰拟合线的斜率与分维D满足线性关系这一重要规律。     

时变分形曲面的电磁散射

本文提出描述自然地表面的时变分形曲面模型,并采用基尔霍夫解分析时变分形曲面散射场的时域分形特性。理论分析和实验表明散射场的实虚两部在时域上都近似为随机分形函数,其分形特征相同且分维值与分形曲面的分维值一致。     

粗糙海面后向散射增强效应研究

针对粗糙表面散射的后向散射增强现象,采用锥形波束入射的矩量法定量计算了高斯、分形和限带粗糙海面模型的后向散射增强效应,研究了高斯和分形模型的波形参数和表面尺寸的匹配问题,分析了三种模型在不同入射角下散射增强的角宽度,比较了不同风速、不同粗糙度和不同分维数下散射增强的峰值和角宽度。     

海上舰船在平面波照射下的半空间散射研究

本文研究了海面舰艇在平面波照射下的散射特性,为在该类问题中有效计入海面背景的影响,舍弃了以往文献中采用自由空间格林函数为内核求解的模型,而是利用介质半空间格林函数在海面建立电场积分方程,并采用GFB(广义前向后向法)算法结合MOM(矩量法)计算了海面以及海面舰船的感应电流分布以及双站雷达散射截面,对入射波角度、海面粗糙度、以及有船无船对海面电流分布及双站雷达散射截面的影响进行了讨论.     

二维分形海面的全极化散射模型

采用二维分形海面模型模拟海面状态,根据惠根斯原理,把海面近似为无数克希霍夫散射面,并根据驻相原理导出散射面法线的方向导数,推导出笛卡儿坐标系下椭圆极化入射时海面的散射场和局部坐标系下的散射系数矩阵,建立了二维分形海面的全极化双站雷达散射模型,并数值计算了全极化海面雷达截面.与经典单极化散射模型相比,该模型不仅保留共极化(HH极化VV极化)散射信息,还包含了多极化SAR海浪谱反演过程中必不可少的交叉极化(VH极化HV极化)信息.数值结果表明用该模型计算的共极化雷达截面与其他文献计算的结果能很好的吻合.同时给出了二维分形海面的不同接收方位雷达截面的数值模拟结果.     

On the fractal dimension of sea surface backscattered signal at low grazing angle

Fractal analysis of sea surface backscattering signal (sea clutter in radar terminology) represents a novel technique for the study of sea surface roughness. When Kirchhoff's assumption is satisfied, the fractal dimension of the signal is linearly related to the fractal dimension of the sea surface. Moreover, such a relationship is independent of transmitted frequency, polarization, time, space, sea wave propagation direction, incident angle (within the constraint of Kirchoff's assumption) and significant wave height. Nevertheless, for a low grazing angle, the Kirchhoff approximation does not hold and the behavior of the sea clutter fractal dimension cannot be theoretically predicted. The purpose of this paper is to investigate the fractal dimension of the sea clutter at low grazing angle, in order to extend the theoretical results. Moreover, the effects of the presence of a target on the sea surface are analyzed by means of the fractal dimension. Such an analysis is performed by using live recorded clutter data. In detail, the fractal dimension's dependence on space, time, sea wave propagation direction, sea wave height, transmitted polarization and presence of targets is investigated. A discussion on the use of the sea clutter fractal dimension for sea surface monitoring is addressed.     

海况对海面目标雷达回波的影响分析

海面自身随机多变的特性会对海面目标的雷达回波信号检测产生重要影响。文中利用分形方法对海面建模仿真, 模拟了五种不同的海况,基于雷达工作原理设计了一款雷达视频回波信号仿真软件,提高了仿真的逼真度和实时性。针对雷达散射截面(RCS)不同的舰船目标模拟仿真雷达回波,研究了海况对海面目标雷达回波的影响。结果表明:随海况等级的增加,海杂波噪声信号增强,RCS 相对较小目标的雷达回波会逐渐被海杂波淹没。海面目标雷达回波仿真软件既能用于分析海面及目标的电磁散射特性;同时,在目标检测与识别中会有重要应用价值。     

The use of fractals for modeling EM waves scattering from rough seasurface

A rough surface model based on fractal geometry is presented for the study of surface scattering. In particular, the Pierson-Moskowitz spectrum is incorporated into this model to represent a fully developed sea surface. The Kirchoff approximation is used to evaluate the scattered field from this rough surface. Some interconnection are found between the surface model developed and the statistical characteristics of the scattered field. These include: 1) the relationship between the surface correlation length and the surface fractal dimension; 2) the relationship between the shape parameter of the K-distribution and the surface fractal dimension; 3) the mean value of the scattered amplitude as a function of the surface fractal dimension; and 4) the effect of the incident angle on the scattered field     

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.