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。     

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。     

随机粗糙地面与下方目标复合电磁散射研究

利用MOM 研究了不同土壤类型的有耗介质粗糙地面与其下方埋藏金属目标的复合电磁散射问题,在数值计算中,引入了锥形入射波以减少粗糙面模拟中由于人为截断所引起的计算误差。当给定入射波频率、土壤成分及土壤温度和土壤湿度后,可以根据相关模型计算出土壤的相对介电常数。数值结果以二维无限长导体圆柱为例,利用 Monte-Carlo 方法统计计算了双站复合散射截面随土壤湿度、均方根高度的变化情况,并做了详细分析及讨论。     

三类新型随机粗糙面模型的快速散射特性分析

基于表面粗糙度对雷达目标电磁散射特性的影响,为真实地模拟实际自然场境,提出了三类粗糙环境中表面粗糙度不同的新型分区域复合随机粗糙面模型.采用在同一粗糙面上使用不同均方根高度和相关长度的方法进行建模,替代了传统的单一谱函数模型.应用稀疏矩阵平面迭代/规范网格法快速计算了此三类新型随机粗糙面模型的电磁散射特性,重点分析了不同表面粗糙度模型对于环境电磁散射特性的影响,为研究、分析和探测符合实际自然环境的地形、地貌提供了理论依据.     

基于二维粗糙面模型的大地土壤表面散射特性研究

建立二维粗糙面模型研究了大地土壤表面对高频超视距雷达电磁波的散射特性.采用半经验公式计算了HF频段给定频率下土壤媒质在不同温度、湿度时的有效相对介电常数,并与微波频段下情形进行对比.采用Monte Carlo法结合高斯谱函数生成二维粗糙面模拟真实大地土壤表面,建立了土壤表面积分方程,采用锥形波入射消除人为截断粗糙面带来的边缘衍射,采用基于物理意义的双网格法(Physics Based Two Grid,PBTG)结合稀疏网格迭代法(Sparse Matrix Canonical Grid,SMCG)求解土壤表面的双站散射系数.研究了不同温度和湿度条件下,大地土壤表面对高频超视距雷达电磁波的散射特性.研究结果为高频超视距雷达遥感探测提供了理论参考.     

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.     

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.     

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。     

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。     

分形粗糙面上方目标电磁散射特性的研究

利用分形函数来模拟海地粗糙表面，在考虑到粗糙面的粗糙度，入射波极化方式以及粗糙面的动态和静态等因素对电磁散射特性影响的情况下，运用克希霍夫近拟条件，对粗糙面上方平板目标电磁散射的物理机制进行了分析和研究。理论分析和数值结果表明，本文所述方法物理图象清晰，是一种有效分析实际粗糙面与目标相互作用的方法。     

目标与复杂地海面复合电磁散射研究现状综述

目标与复杂地海环境复合电磁散射研究一直是电磁领域一大重要课题.该方面研究在复杂背景中的目标探测（地海上方低飞导弹、飞机,海上舰船目标,地上坦克目标等）、资源勘探（浅层地下矿物质勘探）等领域发挥着巨大作用,使得该领域的研究变得紧迫且具有实际意义.大多数的目标都处在粗糙地海背景中,当电磁波入射到目标时,由于粗糙背景的存在,电磁波会与粗糙背景发生相互作用,对回波造成影响,进一步干扰目标本身的散射.在粗糙面上飞行、行驶目标及粗糙面下掩埋、半掩埋目标引起的电磁散射与其在自由空间中的散射特性是非常不同的,粗糙背景的作用很大程度上增加了目标探测和识别的不确定性.     

海面掠入射散射特性及布儒斯特效应研究

海面掠入射散射特性对海洋遥感等问题有着重要应用,海面对雷达波束的镜面反射对海上超低空目标与海面的耦合场有着重要影响,利用海面的布儒斯特效应将有效削弱镜面反射。以西太平洋和东南沿海盐度场与温度场的卫星数据为基础,根据双Debye方程建立修正海水介电模型计算不同海域介电常数;基于Elfouhaily海谱模型,采用修正双尺度模型并考虑不同风速及频率下的截断波数,仿真分析了风速、频率、海水温度与盐度等因素对海面掠入射散射特性及布儒斯特效应的影响,总结归纳了海面布儒斯特效应产生机理和变化规律。分析表明:风速、频率及海水温度均会对海面布儒斯特效应产生影响。该研究为海洋环境的遥感探测及海上超低空目标的监测与跟踪提供了理论支撑。     

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。     

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...     

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。     

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。