模拟舰船尾流气泡的前向散射

为了系统的研究舰船尾流中气泡的激光前向散射特性,本文通过自行设计的试验系统模拟舰船尾流气泡.结合Mie散射理论和水下光散射特性,探讨了气泡幕激光前向散射特性.实验选用波长为632.8nm的激光,暗室内在不同介质以及不同气泡密度的条件下,测量了气泡幕的激光散射光照度.结果表明散射光照度主要分布在前向0°角附近,散射光与气泡的密度成反比,气泡密度低时外部光照对散射光影响更加明显.     

舰船尾流微气泡光偏振特性分析

用利光散射原理和Mie理论,建立舰船尾流光散射模型,并着重用线偏振光对气泡进行散射仿真,模拟线偏振光经过尾流气泡后,前向散射光与后向散射光的退偏效应的差异,进而提出一种尾流测量的新方法。文章计算了尾流中微小气泡在不同半径、入射光波长和不同散射角条件下光的退偏特性。结果表明,入射光通过尾流气泡散射后,散射光的偏振效应前向退偏程度比后向退偏程度更强,且不同波长入射光和不同直径气泡表现出不同偏振特征,表明对偏振光退偏效应进行探测携带信息量大、容易识别,这对用偏振光进行舰船尾流探测有着重要意义。     

偏振状态下船舰尾流的光散射特性

为了研究船舰尾流的偏振光散射特性,本文用Mie散射理论计算了偏振极化角在0～90°之间分别取6个不同值时船舰尾流气泡（包括单个气泡及气泡幕）的散射相位函数．结果表明：不同极化角偏振入射光的船舰尾流散射相位函数随散射角分布趋势基本相似;散射角在80-140°之间时,不同极化角偏振入射光的船舰尾流散射相位函数曲线分离可辨．     

船舰尾流单次散射反照率的理论计算

为研究激光在船舰尾流中传输时的散射效应,利用M ie散射理论对船舰尾流单次散射反照率进行了理论计算．结果表明：气泡半径小于0．6μm时单次散射反照率随半径的增大而增大,半径大于0．6μm时,单次散射反照率随气泡半径增大出现波动并且逐渐减小,直至趋于平稳;船舰尾流单次散射反照率随着折射率虚部和实部的增大而减小,波长在0．4～0．8μm之间时船舰尾流单次散射反照率随波长的增大而增大;船舰尾流单次散射反照率在中心区域和远场区域数值高于近场区域,随深度的增加而增加．     

光学遥感探测尾流研究

本文对舰船航行产生尾流（伯努利水丘、表面波尾流、内波尾流、涡旋尾流）的生成机制进行探讨.研究了水中气泡上升的运动学规律和气泡群光散射特性.通过比较分析尾流在可见光、红外和微波等不同波段所表现的物理特征,并对可见光探测尾流、红外遥感探测尾流、合成孔径雷达探测尾流的发展进行探究,表明三种不同光学遥感探测尾流分别具有各自的优劣.研究合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）图像检测算法表明,Radon变换检测算法能增强尾流图像,Hough变换检测算法能从尾流图像中提取目标的位置、航速、航向等参数.合成孔径雷达探测尾流具有高分辨率、快速实时、全天候等显著优势,是目前最适合探测尾流的光学遥感.     

舰船远场微气泡尾流的退偏特性

为研究船远场微气泡尾流对偏振光的消偏作用,采用偏振光传输的Monte Carlo模拟程序仿真了尾流气泡幕前向散射偏振度和穆勒矩阵元的二维分布模式,计算了入射光的偏振态、气泡幕的散射系数、气泡幕的厚度以及气泡平均粒径4个类型参量改变时尾流气泡幕前向散射的退偏特性.研究结果表明:尾流气泡幕前向散射偏振度随着入射光偏振态的变化存在不同的方位选择取向,相比于圆偏振光气泡幕对线偏振光有较强的退偏作用,尾流气泡幕退偏作用随着气泡幕厚度和散射系数的增加而增强,随着气泡幕平均粒径的增大偏振度的震荡增大并最终趋于平稳.     

特高压输电导线的X波段电磁散射特性

为阐明特高压输电导线对X波段高分辨率合成孔径雷达卫星信号的电磁散射特性,首先分析了特高压输电导线的几何结构特征和材质,并基于悬链线方程建立导线的物理模型. 然后分析了特高压输电导线的X波段电磁散射特性,其中通过求解圆柱坐标系下的Helmholtz方程获得特高压输电导线的二维绕射系数,并利用增量长度绕射系数方法获得输电导线的三维绕射系数和三维雷达横截面积. 最后针对不同极化模式和不同导线直径,将特高压输电导线雷达横截面积（RCS）的理论计算结果与微波暗室测量结果进行对比分析. 结果表明:垂直-垂直和水平-水平极化模式下,不同直径特高压输电导线RCS理论计算结果与实际测量结果之间的最大平均相对误差为8.1%,初步验证了所提出的特高压输电导线X波段电磁散射特性分析方法的正确性.     

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.     

伪装涂层的偏振散射及其影响因素研究

利用多波段偏振CCD相机在光学与红外波段测试伪装涂层的偏振散射特征,并提取其中的偏振信息,研究了测试条件对涂层材料散射偏振度的影响.结果表明,测试过程中的光照条件与探测波段对涂层散射偏振度的影响很大.涂层对入射光的散射作用可以分为面散射和体散射两部分.面散射使偏振度增大而体散射具有消偏振的作用;光线垂直入射时,体散射起主要作用,涂层具有较小的偏振度;随着入射角的增大,面散射在散射光中的比例也逐渐增大,成为涂层偏振度的主要影响因素.研究发现在偏振遥感中利用合适的角度和波段进行探测对复杂背景中伪装目标的识别具有重要意义.     

多径条件下舰船目标散射特性分析与实验

岸基对海雷达探测舰船目标时会受到起伏海面的影响,形成电磁波传播的多径效应,对舰船目标雷达散射特性产生影响.根据电磁波传播的四路径模型,提出一种多径条件下舰船目标散射特性的统计分析方法,分析得出了起伏海面对舰船目标散射回波的平均影响系数,基于雷达方程指出该系数对雷达目标回波功率的影响程度.利用声波和电磁波之间的相似特性,采用水声测量实验的方式对多径条件下舰船目标回波特性进行了实验.实验结果验证了方法的有效性.