基于二维粗糙面模型的大地土壤表面散射特性研究

建立二维粗糙面模型研究了大地土壤表面对高频超视距雷达电磁波的散射特性.采用半经验公式计算了HF频段给定频率下土壤媒质在不同温度、湿度时的有效相对介电常数,并与微波频段下情形进行对比.采用Monte Carlo法结合高斯谱函数生成二维粗糙面模拟真实大地土壤表面,建立了土壤表面积分方程,采用锥形波入射消除人为截断粗糙面带来的边缘衍射,采用基于物理意义的双网格法(Physics Based Two Grid,PBTG)结合稀疏网格迭代法(Sparse Matrix Canonical Grid,SMCG)求解土壤表面的双站散射系数.研究了不同温度和湿度条件下,大地土壤表面对高频超视距雷达电磁波的散射特性.研究结果为高频超视距雷达遥感探测提供了理论参考.     

高斯介质粗糙面电磁散射的小斜率近似方法

基于小斜率近似方法推导了极坐标系下介质粗糙面的双站散射系数和后向散射系数计算公式.为验证小斜率近似方法的准确性,针对二维高斯介质粗糙面,计算了双站散射系数并将得到的数值结果与实验测量数据和基尔霍夫近似方法计算结果进行了对比分析,结果表明:小斜率近似方法的结果和实验数据吻合较好.同时对不同入射角下散射系数的角分布及粗糙度和均方根斜率对散射系数的影响进行了讨论分析.     

随机粗糙表面电磁散射特性的双尺度法

介绍了双尺度法计算随机粗糙表面后向散射系数的方法,同时采用蒙特卡洛法仿真了单尺度和双尺度的二维随机粗糙表面。利用基尔霍夫近似、微扰法和双尺度法分别计算了粗糙面的后向散射系数,并且比较了这三种方法计算的结果,显示出了双尺度法在研究粗糙面电磁散射特性的优越性。     

PBTG法快速求解粗糙海面散射增强效应

针对矩量法(MOM)不能有效求解大尺度粗糙介质表面散射特性的问题,采用基于物理的双网格法(PBTG)快速计算了高斯粗糙海面的散射特性,对比了不同矩阵维数下的求解时间,研究了水平、垂直极化下粗糙海面的散射增强现象。通过与矩量法的比较,证明了PBTG法的高效性。     

分层粗糙面下方介质目标散射的快速算法

为快速获取分层粗糙面与下方介质目标的复合电磁散射特性,提出了一种基于前后向迭代算法(FBM)和双共轭梯度法(Bi-CG)的快速互耦迭代算法。推导了一维分层粗糙面与下方介质目标(二维散射问题)的耦合边界积分方程组,用FBM求解分层粗糙面的表面积分方程,而用Bi-CG求解目标的表面积分方程,目标和粗糙面的相互耦合作用通过更新两方程的激励项来迭代求解。应用该算法计算了下方存在介质目标时双层介质粗糙面的双站散射系数,与传统矩量法得到的结果相吻合,验证了该算法的正确性;分析了不同极化波入射时该算法的收敛性,讨论了目标尺寸和位置变化对双站散射系数的影响。     

三类新型随机粗糙面模型的快速散射特性分析

基于表面粗糙度对雷达目标电磁散射特性的影响,为真实地模拟实际自然场境,提出了三类粗糙环境中表面粗糙度不同的新型分区域复合随机粗糙面模型.采用在同一粗糙面上使用不同均方根高度和相关长度的方法进行建模,替代了传统的单一谱函数模型.应用稀疏矩阵平面迭代/规范网格法快速计算了此三类新型随机粗糙面模型的电磁散射特性,重点分析了不同表面粗糙度模型对于环境电磁散射特性的影响,为研究、分析和探测符合实际自然环境的地形、地貌提供了理论依据.     

介质粗糙面与组合目标宽带电磁散射特性研究

文中对介质粗糙面和组合目标的宽带复合电磁散射特性进行研究,通过数值计算得到了复合散射系数频率响应曲线。分析结果显示,后向复合散射系数在宽频带范围内随着频率的变化而产生振荡,粗糙面的高度均方根、介电常数、组合目标尺度、目标介电常数等因素对复合散射系数有显著的影响,且影响规律较为复杂。相比之下,粗糙面的相关长度对复合散射系数的影响较为微弱。当目标是理想导体时,频率响应曲线近似呈现出准周期性的振荡形态。     

粗糙面与目标电磁散射统计特性分析

首先给出用于描述和产生粗糙海面的模型，然后在锥形平面波入射条件下，用矩量法求解了粗糙面及与圆柱形近地小目标复合散射所满足的积分方程，最后给出了不同条件下粗糙面、粗糙面与目标复合散射特性的统计结果及相互间的比较。     

来自分形粗糙面球面波近场散射特性

本文研究粗糙面球面波近场散射效应,分析计算了理想条件下由于路径相关引起的干涉效应;用带限分形函数来模拟二维粗糙表面,从动态和静态角度,揭示在许多不同条件下粗糙面单站近场散射的物理机理。     

稀疏矩阵规范网格结合物理双网格分析介质海面散射特性与试验验证

采用传统数值方法计算介质粗糙海面后向电磁散射时,波束照射面积随擦地角减小急剧增大,需要消耗大量的内存和计算时间。稀疏矩阵规范网格法用快速傅里叶变换计算远区相互作用,极大地提高了计算速度,同时基于物理的双网格法,依据格林函数在介质和自由空间中随作用距离的衰减特性,采用不同分区的网格划分技术,有效减少了介质粗糙面计算所需的内存量。该文基于Monte-Carlo方法产生不同海情PM谱海面,将上述两种方法结合,数值研究了S和Ku波段后向散射特性随擦地角的变化,并与造波池海面后向电磁散射试验进行对比。试验采用连续波扫频方法测量了造波池模拟的中低海情和缩比高海情1维PM谱海面后向散射系数。计算结果与测量数据相吻合,证明了方法具有较高的效率和可行性。结果分析表明,不同海情下海表面相关长度和散射特性存在明显差异。     

介质目标电磁散射特性的多层特征基函数法分析

特征基函数法是近几年提出的一种基于分块和高阶基函数概念求解电磁散射问题的快速算法.为了更有效地分析电大尺寸多目标的电磁散射问题,将基于Foldy-Lax多径散射方程的特征基函数法扩展为多层特征基函数法,通过对子域进行多层划分来控制生成矩阵维数的大小和计算精度.应用多层特征基函数法计算了介质目标的远区散射场,数值结果与传统特征基函数法的计算结果吻合良好,且计算效率明显提高.     

基于FE-BI的介质粗糙面上方涂覆目标电磁散射特性研究

采用有限元-边界积分（finite element boundary integral,FE-BI）方法研究了介质粗糙面上方涂覆目标的复合电磁散射特性,推导了一维介质粗糙面上方二维涂覆目标电磁散射的FE-BI公式.在仿真中,采用功能强大的有限元方法模拟涂覆目标内部场,对于涂覆目标与粗糙面之间的多重耦合作用则通过边界积分方程方法进行考虑.结合Monte-Carlo方法,数值计算了介质高斯粗糙面上方涂覆圆柱目标的电磁散射,分析了涂层材料介电常数、粗糙面粗糙度以及介质粗糙面介电常数变化对复合模型双站散射系数的影响.数值结果表明,相比于传统矩量法（method of moment,MoM）,本文方法虽然在处理理想导体模型时效率略低,但可以处理MoM难以处理的复杂媒质电磁散射问题,且计算精度较高.     

基于支持向量机的介质圆柱体逆散射问题研究

提出一种新的在线逆散射方法-支持向量机,通过支持向量机将原问题转化成一个回归估计问题.该方法可广泛应用于各种逆散射方面,尤其是目标的几何与电磁参数重构.以相对介电常数作为输入,复散射系数作为输出,通过对训练样本的学习,利用支持向量机回归估计了介质圆柱体不同相对介电常数下复散射系数的实部与虚部.同时,以多个观测点的散射电场值作为样本信息,利用支持向量机对已知探测范围内的介质圆柱体的相对介电常数和电导率进行了重构.比较结果显示了该方法的有效性和准确性.     

大粗糙度表面激光散射特性实验研究

本文利用激光散射自动测量系统,对经喷丸处理后的钢基粗糙表面及其喷漆表面的后向激光雷达散射截面(LRCS)进行了测量。测量波长分别为λ=633nm和λ=904nm.在λ=904nm,利用粗糙面电磁散射理论的基尔霍夫方法对上述样片进行了理论计算,其中将粗糙表面视为双尺度模型,根据驻留相位法和标量近似法理论计算双尺度模型随机粗糙表面的散射强度角分布,其理论值与实验测量结果有较好的吻合。     

二维粗糙面两束波束散射特性研究

基于Kirchhoff近似,推导两束波束散射强度相关系数的表达式,数值计算漫射强度及散射强度相关系数随角度差、相关长度及粗糙度变化情况。结果表明:散射角对粗糙表面相干散射强度与光滑表面相干散射强度的比值有影响,当两束波束的入射角、方位角均相等,意味着两束波束相互重合且散射强度比值为单波束比值的四倍;当两束波束的入射角、方位角中有一个角度不相等,由散射场干扰效应的影响,相干散射强度比值都会减小。相关长度的变化与漫射强度和散射强度相关系数均成正比;随着入射角度差增大,漫射强度的后向散射效应增强,且散射强度相关系数变小,说明两束波束的干扰越严重;随着散射角的增大,总散射强度受干扰项散射强度影响较大,则后向散射效应增强。     

矩形波导结中多介质柱散射特性边界元法分析

应用边界元法数值分析了n个端口矩形波导结中加载多介质柱的散射特性,对介质柱所在区域和除去介质柱后的空气区域分别用单连域和多连域问题的边界元法进行了分析。为了验证此方法的正确性,编制了一个通用的计算机程序,对几个算例进行了计算,结果与文献值一致。     

基于BP神经网络的介质圆柱体逆散射方法研究

将人工智能技术应用于介质圆柱体电磁逆散射问题研究,通过BP神经网络将原逆散射问题转化为一个回归估计问题,重构了目标的几何与电磁参数。在TM波的照射下,设置多个目标散射场的观测点,以散射场的幅值作为BP网络的输入,相应的几何与电磁参数作为输出,经过适当的训练,建立了介质圆柱体逆散射模型,并以此模型重构了已知探测范围内的介质圆柱体的半径、相对介电常数及电导率。比较结果显示了该方法的有效性和准确性,为目标的实时逆散射研究提供了一种有效方法。     

A NEW METHOD FOR SOLVING THE SCATTERING PROBLEM OF DIELECTRIC BODIES

A new approach to the EM scattering problem of an inhomogeneous lossy dielectric body is pro-posed.It is shown that the entire interior electric field distribution can be obtained from the measured exteri-or field distribution by simple recurrence relations.Detailed derivations of these recurrence relations for thefield distribution inside the scattering body are presented,and the results obtained by computer simulationsare given.