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。     

粗糙地面与下方梯形目标复合电磁散射研究

利用MonteCarlo方法模拟了一维指数型粗糙地面,运用矩量法研究了粗糙地面与下方梯形截面导体柱的复合电磁散射特性,通过数值计算得到了复合散射系数随散射角的变化曲线,讨论了粗糙地面高度起伏均方根、土壤湿度、柱体埋藏深度、柱体大小、柱体倾角与复合散射系数依赖关系。结果表明粗糙面高度起伏均方根、土壤湿度对复合散射系数有显著影响,而柱体埋藏深度、柱体大小、柱体倾角对复合散射系数的影响较小。     

一维指数型导体粗糙面与其上方矩形截面柱的复合电磁散射研究

采用Monte Carlo方法模拟了一维指数型导体粗糙面,运用矩量法研究了一维指数型导体粗糙面与其上方矩形截面柱的复合电磁散射。通过数值计算得到了复合散射系数随散射角和入射波频率的变化曲线,讨论了粗糙面高度起伏均方根、相关长度、矩形截面中心距粗糙面的高度、矩形截面长、矩形截面宽、入射波频率对散射系数的影响,得出了一维指数型粗糙面与其上方矩形截面柱的复合电磁散射特征。结果表明,粗糙面高度起伏均方根、相关长度、矩形截面中心距粗糙面的高度、矩形截面长、矩形截面宽、入射波频率对复合散射系数的影响是比较复杂的。     

草地环境电磁散射特性研究

研究了草地环境的电磁散射特性,以二维高斯粗糙面建立了草地环境分层结构。建立了鲜草和土壤的有效相对介电常数模型,绘出了鲜草、土壤有效相对介电常数随入射波频率的变化曲线,并总结了鲜草、土壤相对介电常数随入射波频率变化的规律。采用考虑了分层之间多次散射的微扰法(Small Perturbation Method, SPM)计算了鲜草含水量、土壤湿度、土壤层粗糙度及鲜草层粗糙度对草地环境后向电磁散射的影响。仿真结果表明,鲜草的含水量、土壤湿度、土壤层粗糙度及鲜草层粗糙度对草地的后向散射有不同程度规律性的影响。研究成果为草地粗糙度、地区的干旱程度以及是否有人畜活动痕迹的判断提供了理论参考。     

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。     

基于双谱模型的被动微波遥感土壤湿度反演

利用随机粗糙表面的双谱散射模型计算了粗糙裸土壤表面的发射率,并建立了基于双谱模型的被动微波遥感的土壤湿度的人工神经网络反演方法.结果表明,基于双谱散射模型计算粗糙裸土壤表面发射率是可行的,利用人工神经网络反演方法,仅采用两个发射率的数据组合便可以反演出精度较高的土壤湿度值,且反演方法具有一定的抗噪性能.     

二维海面上方金属目标复合散射快速算法研究

为快速获取二维海面上方金属目标的复合散射,通过改进计算分层粗糙面散射的层内波传播展开法(PILE),结合快速计算二维粗糙面散射的稀疏矩阵平面迭代与规范网格法(SMFIA/CAG),以及计算金属目标散射的基于三角屋顶(RWG)基函数的矩量法(MoM),提出了结合稀疏矩阵平面迭代及规范网格法的扩展层内波传播展开法(E-PILE+SMFIA/CAG)。引入锥形入射波以减小人为截断粗糙面所引起的边缘衍射,采用蒙特卡洛(Monte-Carlo)模拟生成具有Pierson-Moskowitz(PM)海浪谱的随机海洋粗糙面。数值分析了海面上方典型导体目标的复合双站散射系数,验证了算法的有效性与收敛性。最后,应用该算法计算了海面上方导弹目标的电磁散射,讨论了目标高度及海面上风速对复合散射系数的影响。     

基于微扰法指数型粗糙面电磁波透射问题研究

采用指数型粗糙面来模拟实际粗糙面,根据微扰法研究粗糙面下方介质2中的电磁散射,结合指数型粗糙面的自相关函数导出了不同极化状态下指数型粗糙面透射波散射系数的计算公式.通过数值计算得到不同极化状态下指数型粗糙面透射系数随散射角、散射方位角及入射波频率变化的曲线;讨论了粗糙面参数和入射波频率对不同极化状态透射系数的影响;得出指数型粗糙面透射系数的基本特征和随频率变化的特征.结果表明,粗糙面高度起伏均方根、相关长度和入射波频率对指数型粗糙面透射波散射系数有显著影响.这一结果对于遥感、探测等实际的雷达工程问题具有重要的参考价值.     

遥感、遥测、遥控

『1’尸72,TP79 2004051541荃于双谱模型的被动微波遥感土壤湿度反演/袁苇,李宗谦,刘宁,王薪(清华大学)11电波科学学报一2 004,19(l)一1一6利用随机粗糙表面的双谱散射模型计算了粗糙裸土壤表面的发射率,并建立了基于双谱模型的被动微波遥感的土壤湿度的人工神经网络反演方法.结果表明,基于双谱散射模型计算粗糙裸土壤表面发射率是可行的,利用人工神经网络反演方法,仅采用两个发射率的数据组合便可以反演出精度较高的土壤湿度值,且反演方法具有一定的抗噪性能图4表3参8(金)遥感图像统计特性与压缩算法性能关系分析/汪国有,王晨(华中科技大…     

改进的分形海面电磁散射的矩量法研究

采用改进的一维分形模型模拟实际的粗糙海面,运用矩量法研究了锥形波入射一维改进的分形海面电磁散射特性。通过数值计算得到了散射系数随散射角的变化曲线,讨论了海面风速、分维数、入射波频率对散射系数的影响,得到了一维改进的分形海面散射系数与粗糙面参数、入射波频率之间的依赖关系。结果表明海面风速、入射波频率对散射系数的影响较大,而分维数对散射系数的影响较小。     

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。     

含水红壤的偏振特性分析

不同含水量的土壤会产生不同的偏振态,其与波长、土壤表面的结构、内部的构成、以及入射的角度密切相关。根据Kodis粗糙表面的散射理论,推导了不同湿度土壤表面的偏振度与入射天顶角和观测天顶角以及等效折射率的关系,并用野外地物偏振辐射计和地面多波段CCD相机实测了红壤的偏振反射数据,并将其与理论计算结果相对照,初步总结出不同含水量红壤的偏振特性变化规律。研究土壤偏振度与含水量以及入射天顶角、观测天顶角的关系,对于卫星农业遥感有重要的意义。     

动态分形粗糙海面散射的遮蔽效应和多普勒谱研究

利用粗糙面电磁散射中的基尔霍夫近似,结合粗糙面遮蔽函数和分形粗糙海面特征函数的计算,导出了考虑遮蔽效应情况下导体分形粗糙海面散射截面的近似公式。研究了海面不同均方根斜率对遮蔽效应的影响。比较了毫米波入射时高斯粗糙面和分形粗糙海面的散射截面分布情况。分析了不同分维下分形海面双站散射截面的角分布情况。详细讨论了不同入射角和不同分维及遮蔽效应对分形海面散射回波多普勒谱的影响。     

The scattering from curved rough surfaces of an EM wave transmitted through a turbulent medium

A generalized analysis of electromagnetic (EM) wave scattering from rough surfaces yields an expression for mean scattered power flux which is the spatial Fourier transform of the product of three transfer functions: 1) the optical transfer function (OTF) of the propagating medium; 2) the joint characteristic function of the surface roughness; and 3) a coherence involving the mean surface and the wave profile. The solution is applicable to moderately rough surfaces which have rms slopes less than a few degrees. The solution is applied to laser scattering from aluminum and titanium surfaces where the medium is the atmosphere. The randomly rough surface consists of independent "roughness" and "waviness" components which possess a Gaussian autocorrelation. The deterministic surface is quadratic; the laser profile, Gaussian. The atmospheric OTF is modeled into a Gaussian form. For typical parameters, the result decouples into a specular term (depending on turbulence, wave profile, and known surface) and a diffuse component (depending on rough and known surfaces). A slightly spherical incident wave affects only the coherent term.     

Bistatic Scattering From a Three-Dimensional Object Over a Randomly Rough Surface Using the FDTD Algorithm

A numerical finite-difference time-domain approach for electromagnetic scattering from an object over a randomly rough surface in three-dimensional (3-D) model is developed. Rough surface is truncated in numerical simulation by using the periodic surface extension, and one period of the rough surface with dependence of the correlation length is used for scattering computation. Generation of the incident wave upon the rough surface is presented. A numerical model and algorithm of a single object on or above a rough surface are developed. Polarized bistatic scattering from the object and rough surface is obtained based on numerical distribution of the near zone fields. Comparison with conventional two-dimensional model is also discussed.     

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。     

脉冲波入射时分形粗糙海面的双频散射截面和脉冲展宽

根据粗糙面基尔霍夫小斜率近似研究了脉冲波入射时实际海谱分布的一维分形海面的电磁散射。分析了毫米波入射时不同分维、入射角和入射中心频率下双频散射截面的散射角分布。结果表明分形海面的双频散射截面在镜反射方向有最大的相关带宽，随着海面分维的减小、入射中心频率和入射角的增加，该相关带宽是增大的。对于入射功率为δ函数时的散射波功率是一个具有一定脉冲展宽的散射脉冲，且脉冲展宽与相关带宽成反比关系。