粗糙金属和介质目标的太赫兹散射特性分析

太赫兹频段金属和介质粗糙目标的散射特性是研究太赫兹雷达目标特性的重要基础。当目标表面的主曲率半径远远大于入射波长,且粗糙表面高度起伏与斜率起伏远小于入射波长时,根据稳定相位法和标量近似法,可获得粗糙金属和介质目标的相干散射截面和非相干散射截面。基于稳定相位法,任意目标的相干散射截面可退化为粗糙导体、光滑介质和粗糙介质目标的相干散射。该文分析了电大尺寸光滑金属铝和介质白漆球的散射截面,与Mie理论计算的介质球的散射特性吻合,散射截面误差小于0.1 dBm2。采用朗伯定理,验证了粗糙介质球的太赫兹非相干散射精确解,当目标表面剖分精度越高,非相干散射的计算精度越高。该文数值计算了粗糙介质球的太赫兹相干和非相干散射特性,分析了表面粗糙度和表面材料对散射特性的影响,为电大尺寸空间目标太赫兹散射特性分析提供了理论基础。      

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.     

分形粗糙表面涂覆目标太赫兹散射特性

该文采用物理光学法方法研究了具有分形粗糙表面的涂覆目标太赫兹散射特性。基于分形粗糙面建立表面粗糙目标模型,根据菲涅尔反射系数得出表面电流分布进而得到涂覆粗糙目标的雷达散射截面。对比分析了具有粗糙表面和光滑目标的散射结果,详细讨论了不同频率、不同涂层厚度的表面粗糙钝锥目标模型的太赫兹散射特性,计算结果表明在太赫兹波段目标表面的粗糙度对散射有显著的影响。      

粗糙金属表面的高频太赫兹散射特性

以五种不同粗糙度金属圆盘作为目标体,在收发同置雷达体制下开展了频率为3.11 THz太赫兹波的散射特性的测试工作。实验表明:粗糙金属表面对太赫兹波的散射与入射波的频率、目标的材质、表面的粗糙度等多种因素有关,同时在收发同置体制下散射强度随散射角衰减迅速,当散射角超过18°后几乎全部衰减为0,实验中散射角度与散射强度之间的散射模式遵从一种指数关系。     

太赫兹频段金属粗糙表面散射特性

根据基尔霍夫近似理论分析了金属粗糙表面在太赫兹频段的散射规律及影响因素，通过加工不同粗糙度的金属铝板样品，基于远红外激光器搭建的单频点散射特性测量系统及远红外傅里叶光谱仪（FTIR）的宽带反射率测量系统，对粗糙铝板的散射规律进行了实验测量与验证，发现实验测量结果与基尔霍夫近似计算结果具有良好的一致性，证明了峰值散射系数与粗糙度和频率的负相关性，以及与入射角度的正相关性。分析了近似光滑和较大粗糙度两种极限情况下的散射特性，给出了基尔霍夫近似理论在太赫兹频段的适用条件。相关结论为复杂目标散射特性的理论计算奠定了基础，对太赫兹频段雷达相关理论和技术的发展具有重要意义。     

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。      

太赫兹低频段随机粗糙金属板散射特性研究

该文提出了一种高效混合近似算法计算太赫兹频段无限薄金属板的电磁散射特性。在太赫兹低频段,金属目标可以被视为具有微粗糙表面的理想导体,散射场可以分为相干场和非相干场。该文采用物理光学法结合截断劈增量长度绕射系数法和微扰法来计算金属板的电磁散射分布。基于蒙特卡洛方法,分别利用多层快速多极子和提出的混合算法计算太赫兹低频段金属板的雷达散射截面,仿真结果表明该文提出的混合算法能够高效快速地给出太赫兹低频段金属板的电磁散射特性。      

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。     

一种太赫兹频段粗糙凸体目标散射计算方法

太赫兹频段下目标散射特性计算需考虑目标表面的粗糙特性和目标材料参数。在对粗糙目标几何建模时,通常的精细面元剖分建模方法使得散射计算问题难以求解。提出确定性建模与统计性建模相结合的粗糙目标几何建模方法,并且基于全波法提出了一种太赫兹频段可计算任意材料、任意粗糙凸体目标散射场的计算方法。通过与通用电磁计算软件计算结果的比较验证了该方法的准确性。     

太赫兹波在粗糙金属球体目标上的散射特性

太赫兹波在粗糙金属球面散射中相干散射与非相干散射同时存在.在低频端散射主要为相干散射,而相干部分随球表面粗糙度增大迅速递减;在高频端散射主要为非相干散射,且散射结果与辐射的分布方式及分布规律有关,结果通常不是唯一的.高端与低端的散射结果通常相差很大,但当粗糙金属球表面的粗糙度服从高斯分布时,高频端雷达散射截面的结果与低频端雷达散射截面的结果近似一致.     

表面粗糙度对太赫兹反射测量的影响

材料表面粗糙度会影响太赫兹无损检测结果。当材料表面粗糙度在微波区可以忽略不计时,在波长更短的太赫兹频段则需要考虑在内。研究讨论了在太赫兹频率下粗糙表面散射对反射谱的影响。通过考虑单个样品的反射模型,利用基尔霍夫近似可以将粗糙表面的反射信号与光滑表面的反射信号进行关联。此外,采用太赫兹时域光谱(THz-TDS)系统对不同粗糙度的葡萄糖片进行了测量,并对其反射光谱进行了分析。反射光谱结果表明,由于表面粗糙度引起的漫散射减弱了接收端反射光谱的强度。为了减小粗糙度对光谱的影响,提出了一种能恢复光谱功率的补偿方法。在0.5 THz和1 THz时,具有360目粗糙度规格样品的功率谱分别增加了约3 dB和9 dB。因此,可以认为所提出的粗糙表面光谱补偿方法在未来太赫兹无损检测技术的发展中具有一个特定的参考价值。     

粗糙球体和锥体目标激光散射非相干分量比

为了研究激光散斑对目标探测的影响,采用物理光学近似方法,进行了平面波激光照射在粗糙球体和圆锥体目标时对散射场统计特性的理论分析,推导了粗糙体目标散射场量的二阶统计矩, 数值计算了粗糙球体和锥体的非相干散射分量比随粗糙度、散射角、半径及目标材料的变化情况。结果表明,散射角的变化对粗糙球体散射非相干分量比有影响,粗糙度变大,目标的非相干分量占总散射分量的比重越大;随着粗糙球体半径变小,球体表面越粗糙;圆锥体目标散射非相干分量比的峰值位置随粗糙度变化而不同,但其峰值均位于镜反射方向上;金属类材料比非金属抛光铝材料的非相干分量比小,且半径变化与非相干分量比成正比。该研究结果可为更复杂目标激光散射特性和激光散斑探测、识别的研究提供一定的参考价值。     

水泥路面激光散射特性研究

为了通过激光散射特性识别不同粗糙程度水泥路面,设计了路面粗糙度测量系统.使用千分表测量水泥路面高度分布,计算高度均方根与相关长度.根据以上参量采用功率谱频域滤波生成随机粗糙表面以模拟水泥路面,通过切平面近似将粗糙面离散为大量微面元,由菲涅耳公式计算本地场,利用蒙特卡罗方法获取不同偏振光入射条件下粗糙面双向与后向散射光强...     

基于时域光谱系统的太赫兹圆柱RCS 测量

雷达散射截面（RCS）测量对于太赫兹雷达系统论证设计具有重要意义。详细描述了时域光谱（TDS）系统测量RCS 的原理,以及实验方案的设计。基于TDS 系统对太赫兹频段圆柱RCS 进行了测量实验,获得光滑和粗糙圆柱在太赫兹频段下的回波,对光滑圆柱回波进行傅里叶变换得到其宽带 RCS,与理想圆柱RCS 的物理光学解进行比较,发现RCS 理论值与测量值基本一致,验证了TDS 系统可用于太赫兹频段目标RCS 的测量;同时将光滑圆柱和粗糙圆柱的RCS 测量值进行对比分析,结果表明:太赫兹频率越高,粗糙面对RCS 的影响越大,粗糙度大于八分之一波长为粗糙面的传统定义须重新考虑。     

太赫兹波斜入射磁化等离子体的传播特性

针对飞行器再入大气的“黑障”问题,基于等离子体电子密度Epstein分布,建立了太赫兹波穿过磁化等离子体鞘套的一维模型。计算了太赫兹波斜入射磁化等离子体鞘套的透射率和衰减;分析了等离子体碰撞频率、磁场强度、入射角等因素对太赫兹波传播特性的影响。研究结果表明,外加磁场强度增大,透射率的最小值和衰减峰值向较高太赫兹波频率方向移动;电磁波入射角变大,透射率变小,衰减变大;当入射角小于等于60°时,大气窗口0.22 THz处最大衰减为5.32 dB。研究结果为解决“黑障”问题提供了重要参考。