太赫兹频段粗糙表面散射特性研究

当电磁波频率增大到太赫兹频段时,太赫兹波的波长与粗糙表面微结构可比拟。粗糙表面将对太赫兹波的传播机理产生重要影响,散射在传播中将发挥关键作用。当下针对太赫兹频段散射特性的研究主要依靠大规模测量,较难实现。因此,使用建模的方法生成符合实际物理分布的粗糙表面,借助全波仿真的方法研究太赫兹波和表面粗糙度的作用机理是研究太赫兹波散射特性的新途径。提出使用轮廓仪捕获典型材料的物理分布特性,并从中提取粗糙面的关键统计参数。基于蒙特卡罗方法,依据统计参数重建该表面的物理分布。将测量表面和重建表面导入Feko进行全波仿真,比较并验证该研究方案的可行性。     

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。     

粗糙铜表面对低频太赫兹波的散射实验

搭建了以0.2 THz返波管振荡器源、热释电探测器、小型自动旋转光学平台等组成的太赫兹波目标散射特性实验测试系统,对两种不同粗糙度铜盘表面的散射特性进行了测试,表明:太赫兹金属粗糙目标散射中导体表面的感应电流产生电磁散射和粗糙导体表面引起的朗伯散射是同时存在的;在斜入射时这种近似于朗伯体的金属粗糙表面几乎可以被看成镜体,但随着目标表面的粗糙度变大,反射变弱,散射增强,主峰向小于反射角的方向偏移;在垂直入射的情况下,散射角小于40度时散射曲线下降较快,超过40度散射曲线变化变得很缓慢,但在50度附近很多材料都会出现一个小的散射峰.     

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.     

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.     

太赫兹频段粗糙目标散射中心建模研究

太赫兹雷达可获取目标的精细散射特征信息,对于目标探测、成像和识别具有重要意义。针对太赫兹频段雷达目标散射中心建模问题进行讨论,分析了散射中心模型、目标回波和目标图像之间的内在物理关系,并基于粗糙面散射理论中的全波方法和信号处理中的滤波方法提出一种构建目标散射中心模型的方法,可同时描述粗糙目标的传统相干散射中心和非相干面散射行为,为太赫兹频段粗糙目标的散射回波仿真提供了一种有效的描述手段。     

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。      

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。      

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。      

温度对太赫兹亚波长金属结构共振特性的影响

利用太赫兹时域光谱系统研究温度对GaAs基底上生长的太赫兹亚波长金属结构的透过率及共振特性的影响。实验发现,温度从低温80 K升高至380 K,样品的透过率逐渐降低,且低频共振频率处有轻微的红移现象。通过研究共振带区域及远离共振带区域的透过率情况,分析了总体透过率降低的根本原因在于温度升高导致GaAs基底的本征载流子浓度升高;共振凹陷减弱是由于基底载流子的变化致使透过率升高形成的;红移现象的产生是由于温度升高导致样品折射率增大。此外,该研究可以为太赫兹范围的功能器件在实际应用和生产制造中提供有意义的参考。     

Radar determination of the surface properties of a randomly rough surface

This letter conveys a simple method for remote sensing of the surface properties, both physical and geometrical, of a randomly rough surface by means of a polychromatic bistatic radar. Difficulties in evaluating the properties of a randomly rough surface by the conventional method of calculating the scattering cross section or the average power are discussed.     

Scattering of EM waves from a slightly rough surface of a generallyanisotropic plane-layered halfspace

The problem of plane wave scattering by a slightly rough boundary of an arbitrarily layered medium with general anisotropy of electric and magnetic properties is considered using boundary conditions transference method and a small perturbation approximation combined with the Green's functions technique. It is shown that in the Born approximation, the second statistical moments of the fluctuation field scattered from an inhomogeneous anisotropic halfspace can be expressed exclusively in terms of the external parameters referring to a flat boundary and the spectral density of roughness. In the present circumstance, the set of the external parameters includes the four plane-wave reflection coefficients from a flat boundary and the (limiting) values of constitutive parameters of the adjacent media at said boundary, Within the framework of the outlined approach, the covariance dyads, Poynting's vector, scattering coefficients and Stokes parameters of the fluctuation field, and the Mueller matrix for a rough boundary are calculated     

激光近程探测中目标表面的散射特性

在激光引信中,脉冲激光对目标的探测与识别是激光引信近程探测技术中的一个关键技术点,而目标的表面反射特性对探测的影响是激光近程探测高效毁伤与精确打击目标的主要研究关键。目标的表面粗糙度以及附着物对激光回波信号的强弱影响较大,因此,需对激光近程探测过程中不同粗糙度目标表面所表现的反射特性进行研究。首先通过仿真得到回波信号模型,再进行不同粗糙度表面回波功率实验对仿真结果进行验证。实验选用不同表面粗糙度的靶板,并采用了改变角度、改变距离并同时改变角度和距离的模式来观测得到的电压曲线,获得最终结果。     

地海交界分区域复合粗糙面的布儒斯特效应研究

通过随机粗糙面建模理论, 研究地海交界分区域复合粗糙面的布儒斯特效应.采用蒙特卡罗方法, 利用高斯谱函数模拟陆地粗糙面, 利用Pierson-Moskowitz(PM)海洋谱模拟海面部分, 运用加权反正切函数滤波处理以平滑交界, 构建了地海交界分区域复合粗糙面的几何模型.考虑到粗糙陆地表面与海面各自内部面元的耦合作用以及区域之间和交界处面元的相互耦合, 提出了一种基于地海交界分区域面元的迭代物理光学法, 快速求解地海交界分区域复合粗糙面的镜向散射, 分别就陆地粗糙面的均方根高度、相关长度, 海面的风速、风向对其布儒斯特效应的影响进行了分析, 发现了地海交界分区域复合粗糙面上的“布儒斯特融合效应”, 并发现陆地粗糙面的均方根高度与海面风速能够显著影响布儒斯特角的“融合”现象.本研究为探测地海交界区域的真实环境提供了理论基础, 数值仿真结果对抗多径干扰、雷达目标的探测与识别、遥感信息处理具有借鉴意义.     

Scattering from non-Gaussian randomly rough surfaces-cylindricalcase

A numerical method is developed to simulate electromagnetic wave scattering from computer-generated two-dimensional randomly rough surfaces. The rough surface generated for scattering simulation is specified only up to the second moment statistics, i.e. the height distribution and the autocorrelation function. The coherent and noncoherent scattering from four different types of random surfaces is examined. The four different types of surfaces are: Gaussian distributed heights and Gaussian correlation, Gaussian distributed height and non-Gaussian correlation, modified exponential distributed height and non-Gaussian correlation, modified exponential distributed height and Gaussian correlation, modified exponential distributed height and non-Gaussian correlation surfaces. It is shown by simulation that the dominating factor in coherent scattering is the surface height density and the autocorrelation can cause a higher order effect