横向沙丘表面与上方矩形截面柱复合电磁散射的FDTD研究

分别使用指数型分布和高斯型分布表示沙漠表面的高度起伏状况,采用蒙特卡罗方法模拟横向沙丘表面和沙丘与沙丘间平坦沙漠表面,运用Herkelrath提出的土壤湿度与介电常数的通用式计算沙土的介电常数,选用FDTD数值计算方法分析高度起伏均方根、入射角度、目标长度、目标宽度、目标高度、横向沙丘的高度和横向沙丘迎风坡坡底到坡顶的水平距离的变化对散射系数的影响,得到横向沙丘表面与上方目标的复合电磁散射特性。分析了粗糙面为指数型分布和高斯型分布时散射系数的角分布曲线的不同之处。     

土壤表面与置于其上组合目标复合电磁散射特性研究

为了满足置于粗糙面之上组合目标测量和检测的需要,该文分别采用Dobson半经验模型和电介质复介电常数公式表示土壤介电常数的实部和虚部,应用指数型分布粗糙面和Monte Carlo方法模拟实际的土壤表面。通过与矩量法得到的计算结果比较,验证了时域有限差分(FDTD)方法计算粗糙面与目标复合散射问题的有效性,进而运用该方法研究了土壤表面与置于其上组合目标的复合散射,得出了复合散射系数的角分布曲线。结果表明:复合散射系数随散射角振荡地变化,在镜反射方向处发生散射增强效应;土壤表面高度起伏均方根越大,复合散射系数越大;相关长度越大,复合散射系数越小;湿度越大,复合散射系数越小;组合目标尺度、介电常数、入射角对复合散射系数影响比较复杂。该文结果可用于求解地、海粗糙面与置于其上任意目标的复合电磁散射问题,与其它数值计算方法相比较,采用时域有限差分方法既可获得较高的准确性,同时又可减少计算时间和内存占用量。     

草原环境地表电磁散射的矩量法研究

为了满足草原及其附近目标雷达探测和遥感的需要,选用高斯型分布表示草和土壤表面的高度起伏情况,选取Topp 模型表示土壤层介电常数,采用双弥散模型表示草的介电常数,运用矩量法研究了草原环境地表的电磁散射特性,得到了散射系数的角分布曲线,讨论了入射角、入射波频率、草含水量、土壤湿度、土壤层和草层表面相关长度及均方根高度、草层厚度对散射系数的影响。结果表明,散射系数随散射角振荡地变化,在镜反射方向处有明显的散射增强效应;入射角和入射波频率对散射系数的影响较大,草含水量、土壤层和草层表面起伏相关长度和均方根高度对散射系数影响较小且较为复杂,土壤湿度、草层厚度对散射系数几乎没有影响。     

有限深度海域海面电磁散射的FDTD 方法研究

雷达能够探测、遥感有限深度海域的海面及附近目标,针对这一需求,采用改进的文氏海谱和Monte Carlo 方法模拟有限深度海域海面,选取Debye 模型计算海水介电常数,运用时域有限差分法研究了有限深度海域海面 电磁散射,仿真了散射系数的角分布曲线。仿真结果表明:散射系数随散射角振荡变化,在镜反射方向处产生散射增强 效应;海水深度虽然对散射系数影响较小,但是仍有规律可循,海水深度越大,散射系数越小;海面风速、入射角、风区范 围对散射系数影响较大,风速越大,散射系数越小;入射角越大,散射系数越小;风区范围越大,散射系数越小。     

随机粗糙海面的统计模型和分形模型电磁散射的比较研究

本文从Phillip海谱出发。分别应用MonteCarlo方法和分形函数建立了海面的统计模型和分形模型,并应用Kirchhoff近似分别计算了这两种模型的后向散射系数随入射角的变化以及双站散射系数随散射角的变化。结果表明,两种模型的电磁散射系数随入射角和散射角的变化曲线均符合较好。说明用分形模型可很好地说明具有Phillip海谱的实际海面电磁散射回波的幅度特征。     

河流表面散射截面与侧扫雷达距离方程

侧扫雷达安装在河岸上测量河流表面流速,是近年来出现的雷达新应用方向。雷达的探测距离与入射角、河流表面的波浪高度等有关。文中推导了P波段侧扫雷达距离方程,分别采用经验模型和实际电磁计算的方式,采用分形理论构建水面散射特征实体模型,利用物理光学法与物理绕射理论相结合的方法,计算归一化散射系数。基于布设于宜昌某水文站内的侧扫雷达,文中将实测数据的回波信号转换成与入射角相对应的散射特征趋势描述性数据。通过实测数据与理论电磁计算结果相比较可知,采用水面散射特征计算方法得到的实际结果,与实测数据在趋势上能够吻合,具有较高的相似度和参考价值。     

随机粗糙海面的统计模型和分形模型电磁散射的比较研究

本文从Ｐｈｉｌｉｐ海谱出发,分别应用Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ方法和分形函数建立了海面的统计模型和分形模型,并应用Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ近似分别计算了这两种模型的后向散射系数随入射角的变化以及双站散射系数随散射角的变化,。结果表明,两种模型的电磁散射系数随入射角和散射角的变化曲线均符合较好。说明用分形模型可很好地 Ｐｈｉｌｉｐ海谱的实际海央电磁散射回波的幅度特征。     

土壤表面与运动目标复合电磁散射的矩量法研究

为了满足土壤表面上方雷达目标检测、识别和分类等的需要,采用空间域合成法生成高度起伏遵守Alpha-stable分布的土壤表面,选用Topp模型模拟土壤的介电常数,运用矩量法研究了锥形波入射条件下土壤与其上方运动的三角形截面柱的复合电磁散射问题,通过数值计算得到了复合散射系数随散射角的变化曲线,分析了等边三角形和不规则三角形截面柱在土壤表面上方横向平移、纵向平移、转动以及电磁波入射角对复合散射系数的影响。数值计算结果表明：复合散射系数随散射角振荡地变化,等边三角形截面柱的纵向平移和转动对复合散射系数有较大的影响,而横向平移对复合散射系数的影响很小;不规则三角形截面柱的横向平移和纵向平移对复合散射系数产生的影响很小,转动对复合散射系数的影响较大。有关结果可为民用、军用领域工程问题提供理论依据和实践方法。     

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。     

多薄膜层材料近旁轴激光波束散射及影响因素分析

研究了多种材料、涂层及多层介质薄膜近旁轴激光波束入射下的散射特征.数值计算不同材料,不同极化方式和入射角的激光波束单、双站散射系数.并分析不同材料物性参数、激光波束束腰半径和入射角对材料散射系数的影响.计算结果表明,金属较介质材料单、双站散射系数大,材料的介电常数、高度起伏和相关长度影响散射系数显著;对介质薄膜材料,多层介质薄膜较单层后向散射系数小9.21dh;改变入射角度时,离轴激光波束对介质单多层薄膜材料散射系数影响都较小;且波束束腰半径和入射波长相比拟时,激光波求散射较强,波束求腰半径远大于入射波长时,波束逐渐趋向于平面波.     

带限Weierstrass-Mandelbrot分形土壤表面与置于其上组合目标复合电磁散射特性仿真及分析

为了满足置于粗糙面之上组合目标雷达回波特性的数据采集、特征提取的需要,采用Topp模型和电介质复介电常数计算公式模拟土壤介电常数的实部和虚部,应用带限Weierstrass-Mandelbrot分形函数模拟土壤表面,运用时域有限差分方法研究了带限Weierstrass-Mandelbrot分形土壤表面与置于其上组合目标...     

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.     

复杂陆地粗糙面及其上方坦克目标复合散射研究

研究了复杂陆地粗糙面及其上方坦克目标的复合散射特性.基于Monte Carlo方法,利用高斯谱函数模拟不同统计特性的陆地表面,运用加权反正切函数滤波处理以构造边界和连接相邻区域,构建了复杂陆地分区域复合粗糙面的几何模型.提出了一种快速精确求解复杂陆地粗糙面及其上方坦克目标复合散射的混合方法,利用迭代物理光学法求解目标与环境间的多次耦合,运用等效电磁流法修正棱边绕射.分析了复杂陆地粗糙面的散射特性,研究了入射角、均方根高度、相关长度和粗糙面表面结构对复合散射特性的影响.本研究为探测复杂环境上方的坦克目标提供了理论基础,数值仿真结果对雷达目标的探测与识别具有借鉴意义.     

一种改进的随机粗糙地表的双尺度微波散射模型研究(英文)

本文提出一种新的双尺度(Modified Two-Scale Model, MTSM)粗糙度地表微波散射模型,采用小波包变换的方法将面上的粗糙度(z(x, y))变换到频域进行处理,粗糙度频谱的低频部分代表大尺度分量,高频部分代表小尺度分量,然后分别用基尔霍夫近似和小扰动模型来分别模拟大小尺度的粗糙度,考虑到小尺度的粗糙度是叠于大尺度粗糙度之上,模型在计算小尺度粗糙度的后向散射贡献时还考虑了大尺度起伏造成的几何倾斜。MTSM的解为大尺度粗糙度的基尔霍夫解加上几何倾斜修正后的小尺度粗糙度的小扰动解。最后采用改进的积分方程模型(AIEM)对MTSM做了初步的验证,结果表明在入射角i30,粗糙度较小(ks=0.354)的时候,MTSM有比较好的精度。      

基于FGMRES-PBTG算法的介质粗糙面散射特性的模拟

针对具有大介电常数介质粗糙面的电磁散射问题,提出了灵活的广义最小余量法(FGMRES)和基于物理意义的双网格法(PBTG)的混合算法,并对介质粗糙面的电磁散射系数和发射率进行了仿真.在PBTG算法的基础上,应用了FGMRES迭代算法求解矩阵方程.通过PBTG算法加速矩阵向量积和FGMRES算法加快迭代收敛速度,达到减少计算量和加快计算速度的目的.通过计算实例可知,FGMRES相对其他迭代法具有很好的收敛性,耗时较少,在满足精度要求的前提下,较其他迭代法明显加快了计算速度,并有效地模拟了介质粗糙面的电磁散射特性.     

峡谷型分区域复合粗糙面电磁散射特性研究

提出了一种分区域复合表面模型来描述峡谷环境的天然腔型结构,研究了峡谷型分区域复合粗糙面的电磁散射特性。采用蒙特卡罗方法,利用高斯谱函数模拟峡谷环境的陆地粗糙面,利用Pierson-Moskowitz(PM)海洋谱模拟峡谷的海面部分,交界处运用加权反正切函数平滑处理,建立了峡谷型分区域复合粗糙面模型。考虑到自然环境中峡谷所具备的天然腔型结构,引入射线密度归一化(RDN)思想,采用改进射线弹跳法与物理光学法的混合方法,计算峡谷型分区域复合粗糙面的电磁散射特性。对比了陆地粗糙面、海面和峡谷型分区域复合粗糙面的电磁散射特性,计算了峡谷型分区域复合粗糙面的散射系数,并讨论了峡谷开口范围、陆地粗糙面的均方根高度和相关长度对峡谷型分区域复合粗糙面电磁散射特性的影响。仿真结果对于反演峡谷环境的电磁特性以及遥感、探测具有借鉴意义。     

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.