低掠入射时分形粗糙面散射的高阶微扰解

针对粗糙表面低掠入射散射特性求解的大误差问题,采用高阶微扰法研究了分形布朗运动粗糙表面在低掠入射条件下的散射特性,计算了高阶微扰法在低掠入射时的修正值,比较了高阶场量和阴影函数对低掠入射的修正效应,讨论了不同分维数下低掠入射时的散射系数,分析了低掠入射下极化指数与不同幂次正割函数的拟合逼近问题,修正了Ngo等人的结论.结果表明,高阶微扰法能有效求解掠入射角下分形粗糙表面的散射特性.     

高斯粗糙表面低掠入射散射特性研究

该文针对传统解析法不能有效求解低掠入射下粗糙表面散射特性的问题,提出了一种高阶解析法,该算法基于表面散射场的高阶分量和表面轮廓函数的高阶Taylor级数展开。利用该算法,定量比较了同极化的高、低阶散射系数,讨论了低掠入射下不同粗糙度的散射特性,分析了低掠入射下高阶微扰法和高阶基尔霍夫法求解高斯粗糙面的修正效应,得出了高阶解析法可以很好求解低掠入射问题的结论。最后,还研究了同极化散射指数与掠入射角幂函数的拟合问题,修正了极化散射指数的经典表达式。     

修正双尺度模型在非高斯海面散射中的应用

基于海浪在水平及垂直方向上的倾斜效应,应用修正的双尺度模型求解非高斯海面的电磁散射,在经典的一阶微扰散射系数上添加了一个附加散射系数项,它与非高斯海面的双谱函数成正比,且该项反映了海面后向散射系数在逆风和顺风向上观测结果的不对称性.在修正模型中还考虑了遮蔽函数、曲率效应等因素对散射结果的影响.最后应用修正的双尺度模型数值计算并讨论了非高斯海面后向电磁散射特性,修正模型下的计算结果与实验数据有较好的吻合.     

微粗糙面下埋地地雷目标的极化滤波增强

首先采用了二维分数布朗运动来模拟实际地面,利用微扰法给出了微粗糙表面的散射矩阵;其次计算了微粗糙面下某型号地雷目标的极化散射特性,并与平坦地表下的极化特性进行了比较;最后,在考虑地杂波干扰时,研究了杂波环境中埋地地雷目标的极化滤波增强技术,给出了收／发天线的最优极化状态。     

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。     

一维微粗糙面与其上方金属平板的复合电磁散射研究

研究了一维导体随机粗糙面与其上方金属平板的复合电磁散射。应用互易性原理使求解复合目标的二次散射场简化为求解包含平板上的极化电流和微粗糙面散射场的积分方程。利用物理光学近似和粗糙面微扰法分别计算了平板上的感应电流和粗糙面的电磁散射场,导出了复合散射模型单、双站散射的计算公式并给出了单站数值计算结果,讨论了后向复合散射截面随入射频率及平板尺寸、位置的变化关系。     

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。     

微扰近似一维粗糙面的参数反演

微扰近似的小起伏粗糙面是最常见的一类散射机制,然而它的散射、成像特性并没有得到很好研究。尤其随着太赫兹技术的发展,粗糙面散射成像研究显得尤为重要,因为在高频情况下,肉眼看起来光滑的表面将会表现得更加粗糙。为此提出了一种基于电场积分方程和泰勒展开的微扰近似(SPM)下有限长度一维导体粗糙面散射计算的简易方法,进而依据提出的正向散射模型发展了粗糙面功率谱以及对应参数估计的反演算法。这项研究提供了一种帮助人类解译粗糙面物理散射行为以及获取对应空域信息的途径,为二维粗糙面元的散射计算以及重构奠定了坚实的基础。     

基于统计型积分方程的高斯粗糙面散射计算

基于统计型积分方程方法(Stochastic Integral Equation Method, SIEM)实现了高斯粗糙面的高效散射计算.与传统求解随机粗糙面散射特性的蒙特卡洛法(Monte Carlo Method, MC)相比, 该方法采用统计面元格林函数, 考虑粗糙面高斯随机分布的场源耦合影响, 只需要计算一次矩阵元素和待求未知量, 提高了求解粗糙面问题的计算效率.数值结果显示, 文中方法与MC吻合, 计算效率得到显著提高.     

海面掠入射散射特性及布儒斯特效应研究

海面掠入射散射特性对海洋遥感等问题有着重要应用,海面对雷达波束的镜面反射对海上超低空目标与海面的耦合场有着重要影响,利用海面的布儒斯特效应将有效削弱镜面反射。以西太平洋和东南沿海盐度场与温度场的卫星数据为基础,根据双Debye方程建立修正海水介电模型计算不同海域介电常数;基于Elfouhaily海谱模型,采用修正双尺度模型并考虑不同风速及频率下的截断波数,仿真分析了风速、频率、海水温度与盐度等因素对海面掠入射散射特性及布儒斯特效应的影响,总结归纳了海面布儒斯特效应产生机理和变化规律。分析表明:风速、频率及海水温度均会对海面布儒斯特效应产生影响。该研究为海洋环境的遥感探测及海上超低空目标的监测与跟踪提供了理论支撑。     

A comparison of scattering model results for two-dimensionalrandomly rough surfaces

Bistatic radar cross sections are calculated using two modern scattering models: the small slope approximation (both first- and second-order), and the phase perturbation technique. The problem is limited to scalar-wave scattering from two-dimensional, randomly rough Dirichlet surfaces with a Gaussian roughness spectrum. Numerical results for the cross sections are compared to those found using the classical Kirchhoff, or physical optics, approximation and perturbation theory. Over a wide range of scattering angles, the new results agree well with the classical results when the latter are considered to be accurate. A comparison between the new results shows that the phase perturbation method gives better results in the backscattering region for correlation lengths greater than approximately one wavelength, while both the first- and second-order small slope approximations yield greater accuracy in the forward scattering direction at low grazing angles     

The relationship between the Kirchhoff approach and small perturbation analysis in rough surface scattering theory

Theoretical analyses of the scattering of the electromagnetic waves from rough surfaces have progressed using basically the Kirchhoff approach (KA) and the small perturbation method (SPM) of Rice. It is demonstrated that the latter method (SPM) is actually a special case of the former (KA). Reasons why SPM agrees with experimental data near grazing angle are given and arguments are made for the invalidity of the SPM second-order depolarized term.     

二维fBm分形分层介质粗糙面电磁波透射特征研究

该文运用微扰法研究了平面波入射分层介质粗糙面的电磁波透射问题,推导出不同极化状态的透射波散射系数公式。采用二维fBm分形粗糙面来模拟实际的分层介质粗糙面,结合其功率谱导出了平面波入射时的透射系数计算公式。通过数值计算得到了HH极化状态下二维fBm分形分层介质粗糙面透射系数随透射波的散射角变化的曲线,分形特征、基本特征、随频率变化的特征。结果表明分维、底层介质介电常数、中间介质介电常数和厚度、粗糙面参数及入射波频率对透射系数的影响是非常复杂的。     

结合谱积分加速法的前后向迭代法数值计算分形粗糙介质面的双站散射和透射

本文发展结合谱积分加速法(SAA)的前后向迭代法(FBM),数值模拟电磁波低掠角入射下任意大小的介电常数分形粗糙面的双站散射.将电场和磁场积分方程的阻抗系数阵,按面上场与电流未知量分类排序,形成四个子矩阵.对每个子矩阵通过FBM/SAA快速消元得到其对角线元素组成的新两元系数阵,再通过FBM/SAA迭代计算该两元系数阵的场和面电流.本方法的计算量和内存均与粗糙面离散剖分产生的未知量同量级(O(N)).本文数值计算了TE、TM锥形波入射下任意大小介电常数分形粗糙面的双站散射和透射,并讨论了计算效率与能量守恒,角度性起伏与分数维的关系.     

各向异性粗糙海面对掠入射激光的散射特性研究

针对目前粗糙海面的激光散射场模型并不适用于激光束掠入射的情况以及忽略风速的影响,基于Cox-Munk模型及基尔霍夫近似（KA）模拟各向异性粗糙海面,建立海面对掠入射激光束的方向反射率分布模型,仿真分析了方向反射率随风速、风向、入射角、入射方位角、反射角、反射方位角的变化规律,并通过水池实验进行了验证。结果表明:粗糙海面对激光束的散射能量主要分布在以被照射海面为顶点的圆锥形角空域,此空域角方向位于镜面反射方向附近,且随着风速的增加,空域角逐渐变大,对于掠入射的激光束,由于海浪的遮蔽效应,空域角方向会偏离镜面方向。该模型可以为激光半主动制导导弹对海上小目标射击研究以及利用激光束照射粗糙海面布设激光诱饵研究提供一定理论依据。     

The failure of “classic” perturbation theory at a roughNeumann boundary near grazing

Rice's (1951) “classic” perturbation theory predicts an erroneous limit at grazing for vertically polarized plane wave scatter from an infinite perfectly conducting rough surface; likewise, the attendant result for the specularly reflected mode also fails at grazing. We show where and why in the system of perturbational equations this difficulty occurs. We then reformulate the perturbational approach to handle the low-incidence angle region for a one-dimensionally (1-D) rough Neumann boundary (vertical polarization from a perfectly conducting surface). The result for scattered fields vanishes in direct proportion to the incidence angle above grazing and the result for the normalized roughness-modified surface impedance becomes constant with angle near grazing. For completeness and comparison, we give results for the horizontal polarization at a Dirichlet boundary, where perturbation results encounter no difficulties. Scatter dependence on grazing angle is explained in terms of the “classic” perturbation result multiplied by a propagation factor to the cell. The latter includes the sum of the direct and specularly reflected waves at the surface. This quantity can be replaced by the appropriate surface-wave propagation factor for radiation from dipole antennas, thereby explaining the strong observed vertically polarized sea scatter at high frequency (HF) on and below the horizon     

数值模拟低掠角入射海面与船目标的双站散射

为研究风驱粗糙海面上有船目标时的双站散射,提出了一种结合广义前后的迭代方法（GFBM）与谱加速算法（SAA）快速求解双站散射的Monte Carlo数值方法,计算了在TE、TM锥形波低掠角入射在一维Pierson-Moskowitz谱粗糙导体海面以及船目标存在时的双站散射,数值模拟了在低掠角入射条件下,包含多次散射传播的粗糙海面与目标的双站散射与极化、频率、视角和海面风速等参数的关系。