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。     

fBm随机粗糙面电磁散射的微扰法近似

本文采用二维fBm分形函数来模拟二维实际粗糙面,利用微扰法给出了fBm粗糙面的归一化散射截面的计算公式。数值计算了不同分维下的实际粗糙面的后向散射截面,并与有关实验测试结果和高斯相关分布及指数相关分布粗糙面的散射结果作了比较。     

分层粗糙面电磁散射的矩量法研究

本文主要采用矩量法(method of moment MOM)研究了分层粗糙面的电磁散射特性,首先给出了该散射问题的积分方程和矩阵方程,然后通过与时域有限差分(finite difference time domain FDTD)计算结果的对比说明了本文所提算法的有效性,最后讨论了分层粗糙面的均方根高度、相关长度以及两层粗糙面之间的距离对双站散射系数的影响。     

粗糙面上混杂非球形粒子层全极化散射数值模拟

推导了随机取向有限细长圆柱的散射振幅函数,构造了粗糙面上非球形粒子层的矢量辐射传输方程的一阶Mueller矩阵解,包含了粗糙面面散射和粒子层体散射的五种散射机制.建立了粗糙面上混杂非球形粒子层的植被模型,其中垂直地面的有限长圆柱模拟树干,随机取向的有限细长圆柱模拟树枝,针状盘状粒子模拟针叶阔叶等.数值计算了粗糙面上混杂非球形粒子层的全极化散射,分析了各种散射机制的贡献,并与植被层散射的实验数据作了对比和分析.     

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。     

横向沙丘表面电磁散射的时域有限差分法研究

空对地海目标的监测、识别是用电磁波与处于地海环境中的目标相互作用的散射和辐射来获取信息、制导和目标截获的,为了满足地海环境中目标的监测、识别的需要,首先要研究地海环境的电磁散射特性;应用指数型分布粗糙面模拟横向沙丘表面的高度起伏情况,采用蒙特卡罗方法模拟横向沙丘迎风坡、背风坡表面以及沙丘之间的平坦沙漠表面,使用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,运用FDTD计算方法研究了横向沙丘的电磁散射特性,得到了散射系数的角分布曲线;数值计算了沙丘坡顶高度,沙丘迎风坡与背风坡坡底到坡顶的水平距离,沙丘坡顶间间距,入射角度以及沙土湿度对散射系数的影响;计算结果表明,沙丘坡顶高度、沙丘迎风坡坡底到坡顶的水平距离、沙丘坡顶间间距、入射角度和沙土湿度对散射系数的影响较大,而沙丘背风坡坡底到坡顶的水平距离对散射系数的影响较为复杂。     

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。     

考虑曲率修正效应时粗糙面电磁散射的微扰法

本文在分析传统粗糙面电磁散射微扰法的基础上,给出了一种新的考虑曲率修正效应的微扰法,解决了传统微扰法计算掠入射散射时的误差问题.文中同时采用传统微扰法和考虑曲率修正效应的微扰法对实际粗糙面的后向散射截面做了计算,并与有关实验测量结果做了比较,结果表明无论是中、小角度入射,还是掠入射,采用考虑曲率修正效应的微扰法的计算是准确的.     

结合谱积分加速法的前后向迭代法数值计算分形粗糙介质面的双站散射和透射

本文发展结合谱积分加速法(SAA)的前后向迭代法(FBM),数值模拟电磁波低掠角入射下任意大小的介电常数分形粗糙面的双站散射.将电场和磁场积分方程的阻抗系数阵,按面上场与电流未知量分类排序,形成四个子矩阵.对每个子矩阵通过FBM/SAA快速消元得到其对角线元素组成的新两元系数阵,再通过FBM/SAA迭代计算该两元系数阵的场和面电流.本方法的计算量和内存均与粗糙面离散剖分产生的未知量同量级(O(N)).本文数值计算了TE、TM锥形波入射下任意大小介电常数分形粗糙面的双站散射和透射,并讨论了计算效率与能量守恒,角度性起伏与分数维的关系.