双层植被电磁散射模型分析及实验对比

基于矢量辐射输运理论，根据广义瑞利-金斯近似理论计算了单个植被叶片的后向散射系数随着入射角和尺寸参数的变化曲线．采用矢量辐射输运方程的零阶和一阶迭代解，考虑了地面相干散射的影响，详细描述并计算了双层植被散射模型的后向散射系数，并与文献实测数据对比分析，得到了较好的吻合结果．     

一维带限Weierstrass分形分层介质粗糙面电磁散射研究

运用微扰法研究了平面波入射分层介质粗糙面的电磁散射,推出了不同极化状态下的双站散射系数公式．采用一维带限Weierstrass分形粗糙面来模拟实际分层介质粗糙面,结合其功率谱导出了平面波入射时的双站散射系数计算公式．通过数值计算得到了HH极化下双站散射系数随散射角的变化曲线,讨论了分维、空间基频、标度区间、底层介质介电常数、中间介质介电常数和厚度、粗糙面高度起伏均方根及入射波频率对双站散射系数的影响,得到了平面波入射一维带限Weierstrass分形分层介质粗糙面散射系数的分形特征、基本特征、分区特征和随频率变化的特征．     

二维分形表面电磁散射特性

为深入研究电磁波、光波探测信号与不规则背景表面之间的相互作用机理及物理本质,以便给雷达目标探测、不规则材料表面的探测与遥感提供必要的散射模型,对具有分形维度的二维粗糙表面采用带限Weierstrass函数进行建模,推导了基于基尔霍夫近似理论的二维粗糙面散射场,在HH极化条件下,给出了该分形面的电磁平均散射系数和平均强度系数,通过理论分析和数值计算讨论了粗糙面散射特性与谐波数、入射波波长、面分维等其他参量之间的关系.结果表明,随着分维和谐波数的增大,除镜向反射以外,散射强度的幅值及其旁瓣分量是增大的.为基于表面散射强度重构粗糙面的相关统计参数提供数据.     

深粗糙度随机粗糙表面光散射特性数值研究

为了研究深粗糙度随机粗糙表面的光散射现象,采用线性滤波法生成高斯分布随机粗糙表面,利用矩量法推导了深粗糙度表面的散射光平均差分散射系数。通过数值计算波长为1.064 μm的S和P线偏振入射光照射下的多组良导体表面的平均差分散射系数,发现结果出现了后向增强峰值和朗伯散射现象。根据散射宽度分布、后向增强峰值、散射峰位置等特征,分析了入射角、表面粗糙度与散射分布之间的关系。结果表明,S和P线偏振入射光良导体表面散射场能量守恒特性不同。     

300 GHz太赫兹波室内非视距散射特性研究

为分析室内建筑材料粗糙表面散射对太赫兹波的影响,采用射线跟踪法和基尔霍夫标量近似法,研究了300GHz非视距传播的散射特性,仿真分析不同的极化和粗糙参数对室内非视距传输中的散射传播影响。仿真结果表明,当粗糙参数不变时,水平极化波的接收性能比垂直极化波的性能好,随着粗糙度的增大,整个非视距区域的接收性能均提高。     

基于电磁散射特性的地面特征参数反演

针对地面的特征参数与雷达杂波后向散射系数间的关系,以粗糙地面电磁散射特性为基础,引入人工蜂群优化算法反演地面的特征参数。对模拟后向散射系数数据添加高斯噪声,以提高反演过程中散射信息的真实性并考察雷达系统噪声对反演结果的影响。对不同噪声水平下的人工蜂群算法与粒子群优化算法的统计反演结果进行对比分析,结果表明,对于相关长度和土壤湿度的反演,人工蜂群优化算法的准确度明显优于粒子群优化算法,而对于均方根高度的反演,两种算法的准确度基本一致。     

垂直入射区雷达地面散射系数测量与特性研究

为研究垂直入射区大地回波的散射机理,用S和8 mm波段线性调频连续波雷达散射计测量了垂直入射时农田和沙地的散射系数,建立了与雷达工作频率、高度、天线方向图、波束入射角、地面粗糙度和介电常数等相关的垂直入射区地面回波数据库,给出了回波数据处理方法,推导了粗糙地面散射系数理论模型,并对实验数据进行了拟合。实验结果表明,测量的垂直入射地面散射系数与所给模型吻合,沙地散射系数比农田强2~3 dB,8 mm散射系数平均比S波段强18~20 dB。     

一维带限Weierstrass分形粗糙面透射波散射系数特征研究

采用一维归一化带限 Weierstrass函数模拟一维分形粗糙面,根据微扰法研究了粗糙面下方介质2中的电磁散射,结合分形粗糙面的自相关函数和功率谱导出了不同极化状态下一维带限Weierstrass分形粗糙面透射波散射系数计算公式．通过数值计算得出了不同极化状态下一维带限Weierstrass分形粗糙面透射系数的分形特征、基本特征、分区特征和随频率变化特征．结果表明分维、粗糙面高度起伏均方根和入射波频率对分形粗糙面透射波散射系数有显著影响,在其他条件不变的情况下,分维越大、粗糙面高度起伏均方根越大、入射波频率越大,透射系数就越大．     

粗糙表面的发射率特性研究

介绍了一种基于粗糙表面的散射特性研究发射率的方法.利用基尔霍夫近似计算了粗糙表面的散射系数,并基于该系数讨论了发射率的变化规律.数值结果表明,随着入射角的增大,发射率逐渐增大,并在一定角度后趋近于1.这一规律将为提高辐射测温的测量精度提供极大的帮助.     

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.     

Analysis of electromagnetic scattering from the wind-blown barchan

A barchan model is simulated by the theory of wind-blown sand dunes. Using the Kirchhoff Approximation based on the discrete element method, electromagnetic scattering coefficients are calculated for the cases of incident wave impinges on the single sand dune along the up-wind slope, the lee slope and the two-side slope face direction, respectively. A comparison of the backscattering coefficients and bistatic scattering coefficients for the four incident directions are made. Numerical results show that co-polarized backscattering coefficients of the lee slope have a local peak value when the incident angle is equal to the repose angle. Cross-polarized bistatic coefficient of the lee slope near the backscattering region is enhanced when the incident angle approaches the repose angle. Bistatic scattering coefficients of two-side slope faces have symmetry with respect to the azimuth angle in the incident plane.     

Multi-band empirical model for backscattering coefficients prediction from typical land surfaces

Based on the electromagnetic scattering theory of the rough surface and discrete random medium, a multi-band empirical model for land backscattering prediction in 1～16GHz is proposed to tap the potential of remote sensing in application for agricultural production and targets detection efficiently. It should be noticed that this empirical model only have seven unknowns, and that it overcomes the problems in numerous inputs and inaccuracies echoes prediction. It is verified by the measured data of soil, sand and concrete in the L/S/X/Ku band for HH and VV polarizations. The results show that the backscattering coefficients from soil, sand and concrete predicted by the empirical model are in good agreement with the measured data. Meanwhile, this multi-band empirical model can be used to forecast the backscattering echoes at any frequency in 1～16GHz accurately. So this empirical model has a great application value for it can greatly improve the computational efficiency for the backscattering coefficients prediction, and also it can effectively reduce the workload in the field experiments.     

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．     

冬小麦后向散射特性的测量分析与模拟研究

利用L、S、C、X等4波段陆基微波散射计对冬小麦后向散射系数进行了测量,并采集了生物量、叶面积指数和土壤含水量等相关参数。介绍了冬小麦后向散射系数测量方法及相关实验装置,对不同时间、不同种植方向、不同极化状态下获得的数据进行分析比较,重点讨论了生物量、高度以及生长周期对地物后向散射系数的影响。基于水云模型和IEM模型对冬小麦后向散射特性进行模拟,并反演了土壤含水量,反演结果与实测结果相符。     

粗糙面电磁散射的SSA方法研究

采用小斜率近似方法研究了粗糙面的电磁散射问题，给出了小斜率近似下散射截面的级数展开，得到了满足高斯谱分布的导体粗糙面一阶、二阶、三阶小斜率近似下双站散射截面结果，同时将小斜率近似与考虑遮蔽效应的基尔霍夫近似和有关实验测量结果作了比较，研究表明，小斜率近似在整个入射角范围内较为准确，在散射角较大时与实际测量结果也较为吻合，小斜率近似是一种处理粗糙面电磁散射问题的较好方法。     

并行程序性能分析中的时戳同步技术

采用矩量法（MOM）对高功率微波（HPM）近地面传输进行了仿真,近地面采用理想导体（PEC）的高斯随机粗糙面进行模拟。通过数值计算结果分析了入射角和均方根高度对HPM近地面传输特性的影响,得出以下主要结论：HPM在近地面传输,受到粗糙面均方根高度的影响较大,当均方根高度较小时,镜面反射方向的衰减越小,其它方向的衰减越大;当均方根高度较大时,各个方向的能量分布较为均匀,衰减都较大。同时各个方向的衰减也受到入射角度的影响,入射角越大衰减越小。     

A contrastive study of the theory and experiment of random surface BRDF

The optical characteristic of target and environ-ment describes the relationship of detectable physicalquantity and identifiable physical quantity. It reflectsthe physical phenomenon produced by interaction oflight waves (from ultraviolet to far-infrared) with targetand environment, and reveals the inherent attribute oftarget and environment. The BRDF of a rough surfacecan desirably unify the reflection and the scattering ofthe material surface into an identical concept, not onlyin the descri…     

具有纹理特征的二维高斯粗糙面单双站极化散射

提出了具有纹理特征的二维高斯粗糙面并研究了其极化散射特性.发现将高斯粗糙面在两个方向上的相关长度的比值取到足够大,能从粗糙面上直观地观察到纹理特征,并且可以利用傅里叶变换中的角度旋转得到任意的纹理走向.通过粗糙面的小面元积分,推导出椭圆极化入射时笛卡尔坐标系下的散射场,并得到了不同纹理特征高斯粗糙面的极化雷达散射截面.数值结果显示了入射角、纹理角、相关长度以及高度起伏均方根对于纹理粗糙面极化散射特性的影响.     

Inversion of dielectric constant and moisture of bare soil surface from backscattering coefficient

An inverse method of dielectric constant and moisture of bare wet soil surface from backscattering coefficients is presented, which is based upon the small perturbation model of electromagnetic wave scattering from rough surfaces and the empirical and dielectric mixing models of wet soil. Some sets of curves which describe the relation between the moisture of soil and the ratio of like polarization backscattering coefficients σvv and σhh are obtained, and some principles on how to choose the incident frequencies and the incident angles of the electromagnetic wave are given Analysis and calculation show that the mam advantage of this inverse method is its efficiency and simplicity.