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。     

修正的K-分布海杂波仿真模型和新的海杂波功率谱描述方法

为有效仿真时空相关海杂波和准确地描述海杂波的功率谱,提出一种基于球不变随机过程(SIRP)修正的时空相关二维K-分布海杂波仿真模型,以特征函数为桥梁给出一种新的海杂波功率谱描述方法。对生成杂波序列的时间和空间相关特性、幅度分布特性以及功率谱进行分析,并比较了常用的高斯函数模型与新的功率谱函数模型之间的差异。实验仿真和实测数据表明,修正的仿真模型是有效的,新推导的功率谱函数模型比高斯函数谱模型更能准确描述K-分布的功率谱。     

宽波束双基地高频雷达海杂波谱特性研究

双基地角在杂波单元内的连续变化导致宽波束双基地高频雷达的海杂波谱不同于窄波束.为了揭示这种差异,在G ill和W alsh窄波束双基地海面雷达散射截面积(RCS)基础上,提出了宽波束双基地海面RCS模型;结合高频地波雷达方程,得到宽波束双基地海杂波功率谱密度模型,通过仿真计算得到海杂波谱的具体形态.理论分析和仿真结果表明,在发射机附近以及基线附近的雷达探测区域,宽波束海杂波谱具有明显的展宽效应.     

双基地高频地波雷达海杂波抑制

由于地貌、双基角和洋流等因素的影响,双基地海杂波形成的目标检测盲区会导致杂波被当作目标来检测和跟踪,形成大量的虚假目标.针对这一问题,提出一种快速抑制杂波方法:利用双基地海杂波频率特征的先验知识,结合海面的平稳特性,在距离多普勒(RD)谱上获取海杂波抑制的频率范围;应用Clean算法,先对通道时域数据进行海杂波抑制,之后进行数字波束形成,得到能够正常进行目标检测的谱数据.实际处理结果表明,该方法快速有效,能够实时进行数据处理.     

地海杂波的随机分形模型

引入时变分形曲面描述地面和海面的局部动态特征,给出了三个合理电磁散射假设;采用基尔霍夫解定性分析散射场的时域分形特性,导出了地杂波和海杂波的分形模型;分析了杂波模型的幅度分布、功率谱和参数的特性。理论分析和数据仿真表明,分形模型可有效地对地杂波和海杂波进行建模。     

几种典型的粗糙海面下的声传播计算方法

针对中远距离的声场预报,尤其是浅海或者存在等温层表面声道的水声环境,粗糙海面对声传播的影响较为显著的问题,本文分析并比较了几种典型的粗糙海面下的声传播模型:Krakenc-KA粗糙海面声传播模型、Krakenc-SSA粗糙海面声传播模型和Ramsurf粗糙海面声传播模型,并通过分析高海况下的海试数据证明了Ramsurf粗糙海面声传播模型的有效性,为粗糙海面下的声传播研究提供了模型基础。实验结果表明:对于粗糙海面下的声场预报和声呐性能预报具有重要意义。     

时频域分解海面回波及慢速微弱目标检测

海面慢速微弱目标的回波信号能量远小于海杂波,且在时域和频域与海杂波非常靠近,是海面搜索雷达面临的难点。为了检测海面慢速微弱目标,针对海面目标回波和海杂波的双重非平稳性,在提出海面回波时频域迭代分解的基础上,利用目标信号与海杂波之间的时频聚集性和持续时间等特性,提出利用凸包算法融合特征的海面慢速微弱目标检测方法。该方法能够将与海杂波有较大能量差且在时频域非常靠近海杂波的目标信号检测出来。实测IPIX雷达数据表明,该方法能较精确地从海面回波中检测出目标,并且能够显示目标的瞬时运动特性。     

基于海天线的舰船弱小目标检测

针对复杂海天背景下,远距离成像的舰船弱小目标检测问题,提出一种基于海天线的检测方法。该方法首先采用基于全卷积网络的方法提取海天线,确定目标潜在区域,排除海天线区域外干扰,接着采用基于四向梯度的方法来检测舰船弱小目标。仿真结果表明:文中所提出的基于全卷积神经网络的海天线检测方法可以克服传统Otsu和行均值梯度法的缺点,在复杂海面背景中精确地检测出海天线;采用基于四向梯度的检测方法有效滤除了海面白色噪点,降低了虚警率,可以较好地实现舰船弱小目标的检测。     

典型多尺度海面结构体辐射散射方向－光谱特性计算与分析

针对3级以上海况的高精度海洋场景红外仿真问题,提出一种“先拆后建”的研究思路:将含泡沫和破碎波的多尺度海面抽象为粗糙海面、泡沫、破碎波的组合,进而拆解出“粗糙海面”、“含泡沫粗糙海面”、“含破碎波粗糙海面”3类典型多尺度海面结构体,最后通过海面栅格化、结构体匹配、方向-光谱特性重构渲染等方法,由3类典型多尺度结构体方向-光谱特性组合重构大范围海面辐射散射特性,完成多尺度海面“气-面-体”耦合辐射/散射特性的计算。对拆解出的3类典型多尺度海面结构体分别开展多尺度耦合辐射、散射特性建模研究,构建3类多尺度海面结构体辐射散射方向-光谱特性计算模型,并对结构体辐射散射方向-光谱特性的影响因素进行分析,结果表明:随着海面风速的增大,海面典型结构体中的泡沫厚度及气泡浓度逐渐增大,使得结构体的散射能力增强,从而增大结构体的双向反射分布函数;随着探测波长的增大,海水的吸收性显著增强,导致不同风速条件下结构体双向反射分布函数之间的差异显著增大;对于不同的入射角,结构体双向反射分布函数最大值对应的天顶角随入射天顶角的变化逐渐发生变化。     

大入射余角下海杂波仿真及其时空相关性分析

基于Neumann-Pierson 海表面模型产生了大入射余角下的高分辨海杂波信号,分析了海杂波信号的幅度分布与平均多普勒特性,推导了海杂波信号的时空自相关函数并分析了其时空相关性．仿真结果表明,用Ku波段的波束照射一定海情下的海面,所得到的海杂波幅度服从χ₂分布,其频谱展宽,频移约为30Hz,在时间和空间上具有较强的相关性,相关时间为20ms量级．     

冲积河弯水流结构及床面切力计算

本文针对弯道环流一般均处于非充分发展状态这一具有普遍性的问题,从水流运动基本方程出发,建立了冲积河弯水流纵向垂线平均流速平面分布的理论公式。又据该式和文献[11]提出的弯道横向流速分布公式,对非充分发展的弯道水流结构及其演变规律进行了较全面的分析和探讨,提出一些新的见解,并进一步导出环流非充分发展弯道中纵向和横向床面切力计算公式。与已有的研究成果相比,本文提出的公式结构上更为合理和严谨,经实测资料验证,结果令人满意。     

复杂的二维海面电磁散射模型

根据描述海面几何特性的Weierstrass分形甬数模型,结合海水的介电特性.建立了复杂的二维海面电磁散射模型.该模型中,在传统的分形模型基础之上,将海水的介电常数看做海水盐度和温度的函数,推导出了海面的后向散射系数在入射波处于水平和垂直 2种极化状态下的表达式.然后.在不同的频段下对海水的介电常数进行了分类讨论,得到了其在 3个不同频段里的近似表达式.有助于实际电磁散射计算中的简化.最后,将模型的计算结果与传统的DV模型和测试的结果做了比较,发现该模型的结果比传统的DV模型的更接近于测试结果,误差仅约2 dB左右.因此,利用这一模型.可以得到较为全面而准确的海面散射系数.     

激光在海水界面上的传输特性分析

利用海-空界面的数学模型,对海面激光束的漂移和扩散作用进行分析.水下激光通信系统的光学信道是由大气、空-海界面和海-空界面以及海水组成;激光由海-空界面和空-海界面分别进行上下行传输.由于上下行信道的传输特性并非是简单可逆的,必须从两个不同的方面来分析激光在海水界面上的传输问题.通常海水界面不是平静的水平面,容易受到风力或其他外力的影响,产生随机起伏,降低接收光功率,由此提高了对接收机的要求.光在不同介质中的传播特性不同,大气和海水折射率的差别是影响激光传输的决定性因素.通过激光在空-海界面上的传输情况,建立海水→大气界面的数学模型,着重在理论上分析激光束在上行信道上通过海面的扩散和漂移规律.     

计算二维海面极化电磁散射的新方法

在基尔霍夫散射面元矩阵的基础上研究了一种计算二维模拟海面电磁极化散射的新方法,采用海面高度起伏矩阵以及x和y方向海面斜率矩阵描述二维海面,利用基尔霍夫近似推导出笛卡尔坐标系下椭圆极化入射时海面的散射场,得到了全极化雷达散射模型．仿真了不同条件下分形海面模型的全极化雷达后向散射截面及极化特征图,数值结果符合海面散射规律．由于该方法是对二维海面模型进行离散化分析,因此适用于多种海面模型．     

波浪作用下弹性海洋地基的动力反应

基于平面应变条件下的广义Biot理论，提出波浪直接作用下弹性海洋地基有限元分析方法。所提方法能够解决以往弹性海床解析法或各种形式的数值方法无法处理的、包含复杂边界条件的实际工况。以不透水基础下海洋地基为例，分析基础对超静孔隙水压力和有效应力的影响范围与影响程度。     

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…     

沙棘果采摘装置气吸输送系统的仿真分析

国内沙棘果的采摘以人工传统剪枝采收果实的方法为主,对沙棘资源破坏巨大。本文研制了一款适用性强、操作简单、稳定可靠的气吸式沙棘采摘装置,在采摘装置机械系统设计的基础上,运用流场仿真分析软件FLUENT对采摘装置的气吸管道进行建模仿真,得到了气吸管道内气体压力云图及速度云图,确定了采摘沙棘果的最佳工作参数,对于气吸式沙棘采摘装置的进一步设计提供了指标参数依据。     

船舶水下被动磁性定位研究

分析了一种对水面及水下铁磁物体的水下被动磁性定位技术,首先,建立船舶的旋转椭球体和磁偶极子模型,采用2个或以上的磁场传感器,采集目标通过时的磁场数据。在已知传感器间距时,解算模型,可得到传感器与的目标的空间位置。适用于合作目标和非合作目标。该技术综合磁性船模磁场数据以及实船的海上测量数据对目标进行定位计算,定位精度优于水声被动定位法,结果稳定可靠。该技术已成功应用于一种海上机动舰船物理场测量系统中。     

具有沙(泥)质海底时均匀浅海中的平均声强

过去常用连续介质模型来描述海底,来建立海水中声场的唯象理论,使声强公式不能用海底沉积物的基本参数来表示出．现在把海底沉积物视为一种松散的颗粒介质,松散的沙(泥)质沉积物,用“单参数模型”来描述,考虑到声源在海水层中所激发简正波数目的有限性,将简正波按能量相加,并对发射深度与接收深度在容区内进行平均,得出非均匀浅海中平均声强的表式．由此用演绎法得出了均匀浅海中的平均声强．该声强能用海底沉积物中的基本参数来表出．声强的表式显示出均匀浅海中的声强不具深度结构,却具水平结构,能完满地解释惠斯顿猜想．