不同土壤类型的粗糙地面电磁散射特性及布儒斯特效应研究

土壤表面散射特性对大地遥感等问题有着重要应用,地面对雷达波束的镜面反射是造成镜像干扰的主要原因,利用粗糙地面的布儒斯特效应将有效削弱镜面反射。采用四成分土壤介电模型计算不同类型土壤的介电常数,以二维高斯粗糙面模拟实际地面,引入锥形入射波来克服粗糙面的边缘衍射;应用基于物理意义的双网格法(PBTG)结合稀疏矩阵规范网格法(SMCG)计算分析土壤类型和湿度对地面散射特性的影响,进一步探究了粗糙地面布儒斯特效应随土壤类型、湿度及入射波频率等的变化关系。分析表明:土壤类型和湿度等因素对地面散射特性及布儒斯特效应均会产生不同程度的影响。研究成果对于不同土壤类型的地面环境遥感探测以及削弱镜像干扰提供了理论支撑。     

不同类型土壤地面与其上方目标散射特性研究

针对超低空目标与地面复合电磁散射的问题,以某型巡航导弹作为超低空目标的典型代表,研究了不同类型土壤地面与其上方巡航导弹的散射特性。在考虑不同类型土壤组成成分的基础上,采用四成分土壤介电模型计算其介电常数,分析了土壤介电常数与土壤类型和土壤湿度的关系;以二维高斯粗糙面模拟地面环境,引入锥形入射波克服粗糙面的边缘衍射,应用基于物理意义的双网格法(Physics Based Two Grid, PBTG)结合稀疏矩阵规范网格法(Sparse Matrix Canonical Grid, SMCG)仿真分析了土壤类型、入射波频率与极化等因素对地面环境电磁散射特性的影响;基于目标与环境的复合表面积分方程,研究了不同类型土壤地面与巡航导弹的复合散射特性。分析表明:巡航导弹与粗糙面相互作用,使三种类型土壤地面的散射系数均有所增大。研究成果为不同类型土壤地面环境遥感探测及其上方超低空目标的探测提供了理论参考。     

基于UV / SMCG 的土壤上方弹道导弹散射特性研究*

为了研究弹道导弹助推段起始阶段的散射特性并分析各要素造成的影响,需要建立目标与环境耦合 散射模型。通过引入锥形波克服粗糙面的边缘衍射;采用Dobson 土壤介电模型结合高斯粗糙面来模拟土壤环境;建 立目标与尾焰散射模型,根据不同温度场的等离子体浓度分析其散射特性,并给出等效模型。推导了导弹与粗糙面 耦合的表面积分方程,将UV/ SMCG 算法拓展,求解表面积分方程,并验证了其准确性。在此基础上,研究了极化方 式、导弹离地高度、土壤湿度等要素对助推段导弹双站散射系数的影响,为天波超视距雷达对弹道导弹预警提供了 理论参考。     

天波超视距雷达海洋回波谱特性研究

根据高频电磁波与海面相互作用产生Bragg谐振散射的特性,首先对一阶和二阶海杂波的产生机理进行了理论分析,然后结合Barrick提出的一阶、二阶散射理论对海洋回波谱进行了模拟。最后详细地研究了洋流、海态、雷达工作参数、电离层等因素对海洋回波谱的影响,并在天波超视距雷达体制下,建立了其海洋回波谱多普勒频率模型,为全面研究海杂波及天波超视距雷达目标检测提供了理论依据。     

超电大复杂目标太赫兹散射特性建模微波方法延拓研究

微波方法到太赫兹散射特性建模的延拓面临两个关键的科学问题研究,其一是材料响应特性延拓,包括金属属性向合金属性过渡导致Drude模型无法准确描述,以及介质材料在太赫兹频段的响应模型研究;其二是表面随机粗糙结构、以及复杂细微精细结构在太赫兹频段下的散射行为建模方法的延拓研究。微波频段下可视同为光滑的金属表面在太赫兹频段可能呈现出表面微粗糙特性。此外,针对含介质涂覆或全介质表面太赫兹散射特性的建模,需要结合随机边界散射理论,建立多层描述模型,以涵盖其中的面散射和体散射现象。该文首先采用积分方程方法描述和分析了金属粗糙表面的太赫兹散射规律,与实测数据吻合较好。其次,对于含涂覆或介质材料的目标表面,除表面粗糙的影响外,材料内部的微小粒子成分(如碳粉、石墨、金属粉等)的电尺寸与太赫兹波长相比拟,实验显示其体散射贡献不可忽视。该文尝试用矢量辐射传输理论与积分方程方法结合的多层模型来描述含介质材料表面的散射特性,很好地解释了实测规律。最后,该文提出基于“半确定性”描述的射线追踪高频算法,实现了复杂目标表面相干和非相干散射特性的一体化快速建模,为超电大复杂目标太赫兹散射特性的建模分析提供有效手段。      

脉间二相编码雷达信号的二维处理

超视距雷达系统广泛应用于高频返回散射探测领域,而雷达波形设计则是高频超视距雷达的重点研究课题之一.研究了一种高重复频率脉间二相编码脉冲雷达波形,并提出了针对这种雷达波形的二维信号处理方案.仿真结果表明,新方案能有效地抑制距离旁瓣,提高回波信号检测目标的动态范围.     

平板与正弦型组合粗糙面的电磁波复合散射

分别用正弦型组合粗糙面和正弦型二维粗糙面模拟海洋表面，建立了海上目标电磁散射的简化模型，用物理光的双次反弹来表示目标与组合粗糙面之间的电磁波相互作用。     

THz频段粗糙导体圆锥的极化成像特性

太赫兹频段下粗糙导体表面会对电磁散射回波的幅度、相位、极化状态产生影响,为分析这一影响,以导体圆锥为例,研究了不同粗糙参数表面电磁散射在雷达图像中的表现规律。基于谱方法和坐标变换对粗糙圆锥面进行建模,利用高频电磁计算方法获得不同粗糙度导体圆锥样本多角度、多频点、全极化的单站散射场,基于转台模型,利用二重积分法获得目标二维像。从仿真结果可以看出,粗糙与理想光滑导体的圆锥图像存在明显差异,粗糙圆锥图像中能量分布偏离理想光滑情况下的强散射区域;随着粗糙度的增加,图像能量分布愈加均匀;相比于同极化图像,交叉极化图像更具反映目标轮廓信息的潜力。     

天波超视距雷达中流星余迹干扰模型

已获得的实测数据表明,天波超视距雷达在3MHz-30MHz的工作频段内存在明显的流星余迹干扰.流星余迹干扰会对天波超视距雷达探测目标的距离和多普勒信息造成负面影响,严重时会影响到天波超视距雷达的正常工作.根据流星余迹的散射特性,结合天波超视距雷达的工作方式,建立了流星余迹干扰模型,为在天波超视距雷达中研究抑制流星余迹干扰技术提供了帮助.仿真结果与实测数据基本一致,验证了模型的有效性.     

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。     

非均匀不稳定表面粗糙目标的太赫兹波段散射特性分析

研究了不同粗糙度的非均匀不稳定表面粗糙导体目标在太赫兹波段的散射特性,区别于采用经验公式的建模方法,提出把随机粗糙面的建模理念应用到太赫兹波段的非均匀不稳定表面粗糙目标的建模中,用描述随机粗糙面的均方根高度(h)和相关长度(l)两个物理量来调节目标表面的粗糙度变化.首先用高斯随机粗糙面模拟非均匀不稳定粗糙目标的表面,然后采用物理光学和等效电流相结合的方法进行仿真计算,分别对不同入射角、不同频率和不同粗糙度的不同非均匀不稳定表面粗糙导体目标,在太赫兹波段散射特性进行了分析,最后得出相关的结论.     

三维随机粗糙海面与舰船的复合电磁特性的高频方法分析研究

3维随机粗糙海面与其上方复杂目标复合电磁(EM)散射特性的建模与分析在微波遥感、目标识别、雷达成像、导弹制导等领域中有着重要的研究价值。该文主要研究了基于高频算法的随机粗糙海面及舰船的复合电磁散射特性,开发了PO-IPO混合方法,为3维随机粗糙海面与复杂目标一体化高效求解提供了新思路。文中分别使用了物理光学方法(PO)、迭代物理光学方法(IPO)、PO-PO以及PO-IPO混合方法对海面及舰船进行了建模与仿真,其中,引入锥形波来代替平面波作为发射源,锥形波可以更好地抑制粗糙面在边缘位置被突然截断而形成的电磁反射和边缘绕射等效应。从数值仿真结果中可以看出,PO-IPO混合方法可将复杂物体本身面元间以及粗糙海面与物体间的耦合作用考虑在内,因此PO-IPO可以作为一种有效的途径来快速获取随机粗糙海面及舰船的复合电磁散射特性。      

粗糙面与导弹目标复合电磁散射仿真计算

提出了一种求解粗糙面和三维目标复合电磁散射问题的通用仿真方法。将描述粗糙面上电磁波反射的基尔霍夫-赫姆霍兹方程与目标表面的电场积分方程相结合,得到新型的混合方程,进而采用矩量法求解,通过数值算例验证了该方法的精度和效率。采用此方法研究了两种典型导弹目标与粗糙面的复合散射特性,分析计算结果可得:粗糙面粗糙度参数对复合散射特性有着重要的影响作用。     

有耗分形粗糙面电磁散射的相位微扰法

本文采用Weierstrass－Mandelbrot分形函数描述粗糙表面,根据粗糙面的电磁散射理论,利用相位微抗法推导出有耗分形粗糙介质表面电磁散射系数的理论计算公式。     

粗糙表面的多路径散射模型研究

要提高雷达低角跟踪目标的精度,必须建立精确的多路径反射模型.采用小平面模型描述自然散射表面,利用基尔霍夫近似理论建立了适用于任意粗糙表面的低空多路径散射模型,考虑了阴影和多次散射对多径回波信号的影响.基于此模型仿真研究了多路径回波信号与波长及粗糙表面参量间的各种关系;分析了雷达接收到的直达信号和反射信号之间的相关性.     

快速计算一维分层粗糙面之间金属目标复合散射的互耦迭代算法

为研究一维分层介质粗糙面之间金属目标的复合电磁散射特性,该文提出了一种结合前后向迭代算法(FBM)和双共轭梯度法(Bi-CG)的快速互耦迭代算法(CCIA)。推导了分层粗糙面与金属目标的耦合边界积分方程组,采用FBM和Bi-CG分别求解分层粗糙面与目标的边界积分方程,目标和分层粗糙面的相互作用通过更新两方程的激励项来实现。计算了双层介质高斯粗糙面及无限长金属圆柱的复合电磁散射特性,当目标尺寸趋于零时与只有分层粗糙面的散射系数相吻合,验证了该算法的正确性;分析了不同粗糙面情况下该算法的收敛性;讨论了目标尺寸与位置变化对复合散射系数的影响。结果表明,金属目标的存在明显影响了分层粗糙面的散射特性。     

来自分形粗糙面球面波近场散射特性

本文研究粗糙面球面波近场散射效应,分析计算了理想条件下由于路径相关引起的干涉效应;用带限分形函数来模拟二维粗糙表面,从动态和静态角度,揭示在许多不同条件下粗糙面单站近场散射的物理机理。     

随机粗糙海面的多路径海杂波频谱数值模拟

海杂波干扰影响雷达制导性能,对各海况物理条件下海杂波的数值模拟可用于实验室海杂波仿真、制导雷达的设计、监测性能的分析等.本文采用一种海面起伏双尺度近似模型进行多路径海杂波频谱的数值模拟,通过谱拟合模拟时变随机粗糙海面,计算收发高度和间距给定条件下海面多路径有效散射面积,计算接收点电场强度、雷达双站散射系数以及接收点功率谱密度(海杂波频谱).