一维带限Weierstrass分形粗糙面透射波散射系数特征研究

采用一维归一化带限 Weierstrass函数模拟一维分形粗糙面,根据微扰法研究了粗糙面下方介质2中的电磁散射,结合分形粗糙面的自相关函数和功率谱导出了不同极化状态下一维带限Weierstrass分形粗糙面透射波散射系数计算公式．通过数值计算得出了不同极化状态下一维带限Weierstrass分形粗糙面透射系数的分形特征、基本特征、分区特征和随频率变化特征．结果表明分维、粗糙面高度起伏均方根和入射波频率对分形粗糙面透射波散射系数有显著影响,在其他条件不变的情况下,分维越大、粗糙面高度起伏均方根越大、入射波频率越大,透射系数就越大．     

带限分形粗糙面的遮蔽效应

采用蒙特卡罗数值模拟,生成不同分维数和不同均方根斜率的一维带限分形粗糙面.利用射线追踪法得到了带限分形粗糙面单次散射遮蔽函数随入射角变化的曲线,分析了不同分维数、不同均方根斜率对分形粗糙面遮蔽函数的影响.比较了均方根斜率相同时带限分形粗糙面与高斯随机粗糙面遮蔽函数随入射角变化的曲线,结果表明分维数取不同值时,带限分形粗糙面与高斯随机粗糙面遮蔽函数随入射角变化的曲线基本一致.     

二维分形表面电磁散射特性

为深入研究电磁波、光波探测信号与不规则背景表面之间的相互作用机理及物理本质,以便给雷达目标探测、不规则材料表面的探测与遥感提供必要的散射模型,对具有分形维度的二维粗糙表面采用带限Weierstrass函数进行建模,推导了基于基尔霍夫近似理论的二维粗糙面散射场,在HH极化条件下,给出了该分形面的电磁平均散射系数和平均强度系数,通过理论分析和数值计算讨论了粗糙面散射特性与谐波数、入射波波长、面分维等其他参量之间的关系.结果表明,随着分维和谐波数的增大,除镜向反射以外,散射强度的幅值及其旁瓣分量是增大的.为基于表面散射强度重构粗糙面的相关统计参数提供数据.     

一维分形海面的电磁散射系数分析

基于一维带限Weierstrass分形函数模拟了几种海面形态,讨论了影响海面形态的分形函数的参数,并采用基尔霍夫近似方法,对模拟海面的电磁散射系数进行了计算仿真,并分析了海面的粗糙度对散射系数的影响,对电波在近海面的传播研究及应用有一定意义。     

地面电磁(光)波散射特性研究

通过计算地面指数相关函数粗糙面的后向散射系数,分析地面粗糙面的电磁散射特性及其体散射对地面后向散射系数的影响;利用解决粗糙面散射理论的新方法———积分方程模型法,分别用4.75 GHz和1.5 GHz频率的电磁波做了具体的数值分析;在小角度入射时,后向散射系数的计算结果与实测值比较吻合,但随着入射角的增大,计算结果和实测值发生了较大的偏离.同时发现地面的反照率、光学厚度、介电常数等因素对体后向散射系数均有一定的影响;垂直极化(VV极化)下,地面体后向散射系数对总散射系数的影响小于水平极化(HH极化),且随着入射角的增大体后向散射系数对总散射系数的影响越来越大.     

复杂的二维海面电磁散射模型

根据描述海面几何特性的Weierstrass分形甬数模型,结合海水的介电特性.建立了复杂的二维海面电磁散射模型.该模型中,在传统的分形模型基础之上,将海水的介电常数看做海水盐度和温度的函数,推导出了海面的后向散射系数在入射波处于水平和垂直 2种极化状态下的表达式.然后.在不同的频段下对海水的介电常数进行了分类讨论,得到了其在 3个不同频段里的近似表达式.有助于实际电磁散射计算中的简化.最后,将模型的计算结果与传统的DV模型和测试的结果做了比较,发现该模型的结果比传统的DV模型的更接近于测试结果,误差仅约2 dB左右.因此,利用这一模型.可以得到较为全面而准确的海面散射系数.     

具有纹理特征的二维高斯粗糙面单双站极化散射

提出了具有纹理特征的二维高斯粗糙面并研究了其极化散射特性.发现将高斯粗糙面在两个方向上的相关长度的比值取到足够大,能从粗糙面上直观地观察到纹理特征,并且可以利用傅里叶变换中的角度旋转得到任意的纹理走向.通过粗糙面的小面元积分,推导出椭圆极化入射时笛卡尔坐标系下的散射场,并得到了不同纹理特征高斯粗糙面的极化雷达散射截面.数值结果显示了入射角、纹理角、相关长度以及高度起伏均方根对于纹理粗糙面极化散射特性的影响.     

计算二维海面极化电磁散射的新方法

在基尔霍夫散射面元矩阵的基础上研究了一种计算二维模拟海面电磁极化散射的新方法,采用海面高度起伏矩阵以及x和y方向海面斜率矩阵描述二维海面,利用基尔霍夫近似推导出笛卡尔坐标系下椭圆极化入射时海面的散射场,得到了全极化雷达散射模型．仿真了不同条件下分形海面模型的全极化雷达后向散射截面及极化特征图,数值结果符合海面散射规律．由于该方法是对二维海面模型进行离散化分析,因此适用于多种海面模型．     

垂直入射区雷达地面散射系数测量与特性研究

为研究垂直入射区大地回波的散射机理,用S和8 mm波段线性调频连续波雷达散射计测量了垂直入射时农田和沙地的散射系数,建立了与雷达工作频率、高度、天线方向图、波束入射角、地面粗糙度和介电常数等相关的垂直入射区地面回波数据库,给出了回波数据处理方法,推导了粗糙地面散射系数理论模型,并对实验数据进行了拟合。实验结果表明,测量的垂直入射地面散射系数与所给模型吻合,沙地散射系数比农田强2~3 dB,8 mm散射系数平均比S波段强18~20 dB。     

粗糙介质面对光波束的散射理论

研究当入射场为波束时的粗糙介质质面的散射问题,利用波束的平均波谱展开方法及其尔霍夫近似理论导出垂直极化的散射场和非相干截面计算公式。结果表明,当入射波束照射在粗糙面的区域近似为均匀照射以及波束照射的粗糙面的线性尺寸大于粗糙面度度起伏的相关长度时,非相干后向散射结果与平面波照射时的结果完全相同;当介质本征阻抗趋于零时,非相干后散结果与全波法得到的理想导体的非相干截面结果趋于一致。     

Method of moment investigation on electromagnetic scattering from the three-layered rough interfaces

The properties of electromagnetic(EM) scattering from a multi-layered rough surfaces have been investigated through the method of moments(MOM) with the pulse basis function and the point matching technique. Theoretical formulas such as integral equations, matrix equations, and the definition of the bistatic scattering coefficient of this scattering problem have been derived in detail. The Gaussian rough surface has been applied to simulate the realistic surface by the Monte Carlo method. Firstly, the validity of the presented method has been shown by comparing with the finite difference time domain(FDTD). The versatility of the presented method has been demonstrated by degenerating the three-layered rough interfaces to a single-layered rough interface and then comparing with the exit scattering model. Finally, the influences of the characteristic parameters such as incident angle, relative permittivity of the medium, root mean square height and correlation length, as well as the height of each rough surface on the bistatic scattering coefficient are discussed in detail.     

分形粗糙面单站散射的遮蔽效应研究

利用粗糙面电磁散射中的基尔霍夫近似，结合粗糙面遮蔽效应和分形粗糙面特征函数的计算，导出了考虑遮蔽效应情况下导体分形粗糙面单站散射截面近似公式．比较了高斯粗糙面和分形粗糙面的散射截面分布情况，分析了粗糙面不同均方根斜率对遮蔽效应的影响．研究了不同分维和不同空间基频情况下分形粗糙面后向散射截面的角分布情况．     

动态海面的分形模拟及其电磁散射

文中从海面的功率谱出发,建立了海面的Ｗｅｉｅｒｓｔｒａｓｓ分形函数模型;导出了此模型在Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ散射模式下散射系数的闭合解析表达式;利用该表达式用计算机模拟计算了粗糙海面的电磁散射回波,并用数盒子法提取了其分维数,得到了散射波的分维数与海面参数,雷达系统参数之间的定量关系。     

高斯粗糙表面涂覆目标太赫兹散射特性

采用基于基尔霍夫近似的物理光学方法,研究了具有高斯粗糙表面的涂覆目标太赫兹散射特性．基于高斯粗糙面建立表面粗糙圆锥和锥柱目标模型,根据入射波频率对模型进行剖分以满足物理光学的计算要求．根据菲涅尔反射系数得出表面电流,进而计算涂覆粗糙目标的雷达散射截面．对比分析了粗糙表面目标与光滑目标的散射结果,详细讨论了不同涂覆介质、不同涂层厚度、不同入射角度、不同频率以及不同粗糙度的粗糙表面圆锥目标和锥柱目标的太赫兹散射特性．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．