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。     

双频带相位梯度超表面设计与RCS缩减验证

设计了由两种不同开口谐振环结构组成的双频带相位梯度超表面。超表面中两种结构单元周期交错排列,在两个频点引入附加平行波矢量调控电磁波波前,获得低平板反射率及后向雷达散射截面积（RCS）缩减。仿真与实验均表明,该设计思路和方法行之有效,在7.8 GHz和9.4 GHz两个设计频点,将垂直入射波耦合成伪表面波,偏离法线-30°~+30°的单站后向RCS缩减分别为10.3 dB和10.4 dB。由于其设计的灵活性,该超表面波有望在天线、隐身领域具有潜在的应用价值。     

一种坐标轴型箔条的设计及散射特性研究

针对传统箔条干扰性能受指向、极化、雷达视角等因素影响严重的问题,提出了一种坐标轴构型的新型箔条结构,并采用电磁仿真软件计算其在不同频率、极化和入射角度情况下的散射特性.该类箔条由考虑了缩短效应的三根传统箔条相互正交连接组成三维直角坐标轴形状,连接点为三根传统箔条的中点.仿真实验和暗室测量结果表明:针对X波段（9.5~10.5 GHz）雷达设计的这种新型箔条,当雷达波以不同线极化方式从不同角度入射时,单个坐标轴型箔条的雷达散射截面积（radar cross section,RCS）（其是干扰效能的主要量度）变化幅度不超过3 dB,在5°的角度制作误差范围内仍具有较稳定的RCS;单个坐标轴型箔条的平均RCS比相同质量的传统箔条高约2.61 dB,但是对圆极化雷达的同极化干扰能力较弱;数量为5万且呈随机分布的坐标轴型箔条云RCS保持在-10 dBsm以上,并且在线极化和入射角度上具有较好的稳定性,具备掩护典型隐身目标的能力.     

基于高频混合方法的复杂目标与背景复合电磁散射研究

雷达散射截面（radar cross section, RCS）是雷达探测技术、隐身和反隐身技术中表征目标可识别特性的重要参数. 对隐身平台RCS的贡献来自平台上的天线,因此降低天线系统的RCS成为目前隐身技术中的一个关键技术课题,当前的解决方案在降低RCS的同时会影响天线的辐射性能. 本文将极化转换超表面(polarization conversion metasurfaces, PCM)和法布里-珀罗（Fabry-Perot）谐振腔天线有效结合,设计了一款双频带RCS缩减和增益提升天线. 结果表明,该天线在4~9 GHz和12~15 GHz两个频段的RCS最大降低了15 dBsm. 此外,Fabry-Perot天线的增益相较馈源天线提高了7 dBi. 说明提出的天线具有增益高、RCS低的特点,可为Fabry-Perot谐振腔天线的设计提供新颖的思路.     

天线频选罩的隐身特性研究

针对在军工装备上日益重要的雷达天线频率选择表面(frequency selective surface, FSS), 分析了FSS雷达散射截面积(radar cross-section, RCS)的特征, 以及和金属表面RCS的区别, 并澄清了产生这种差异的内部机理, 为改善FSS天线罩以及类似腔体的RCS提供了理论指导和解决问题的思路和方法.首先从理论上分析了覆盖频选表面的雷达腔RCS的产生机理, 然后用全波严格仿真算法计算了不同雷达腔RCS的数据, 并结合内部场图认证了前面的理论分析结论.理论和仿真分析表明, 频选带外的高反射特性并非像金属表面那样完全反射电磁信号, 必须考虑频选天线罩的透射和罩内的腔体效应导致的电磁波能量聚集和二次辐射, 这些因素对覆盖频选雷达腔体的RCS产生很大的影响.最后, 提出了一种利用吸波材料减少腔体谐振效应和能量汇聚从而改善频选罩RCS的方法, 取得了良好的效果, 在大部分频段, 该方法使RCS改善达10 dB以上.     

表面疵病的掠射法检测

论述了表面疵病度国家标准的意义。提出了实现国家标准中所定义的疵病尺寸的检测方案，并作了初步的精度分析。     

Overview： Electromagnetic Scattering from Ocean Surface

Understanding the sea surface scattering process is very important in the development of models to detect the target above or under the surface. In this paper, both the analytical and the numerical methods applied in sea surface scattering are summarized. Some important problems concerned in this field are discussed. For numerical study, edge effect brings artificial nonrealistic scattering and therefore must be suppressed. Different edge treatment methods are compared in this paper. Scattering of breaking wave surface at very low grazing angle always needs more attentions than other scattering problems. Some numerical results show the existence of the special phenomena at very low grazing angle, for example, the ＂sea spikes＂ and the Doppler splitting.     

基于掠入射X射线反射谱的Mo/Si多层膜扩散系数测量

测量了Mo/Si多层膜在250℃下经历不同时间退火后的掠入射X射线反射谱,从中提取出特定级次衍射峰在退火过程中的相对移位,通过布拉格公式拟合,得到了Mo/Si多层膜周期厚度皮米级别的相对变化。采用扩散控制模型来描述Mo/Si多层膜界面扩散,界面厚度的平方随时间线性增加,由此拟合得到Mo和Si间的扩散系数为0.33×10-22 cm2/s。采用四层模型,对掠入射X射线反射谱进行全谱拟合,得到了Mo,Si和扩散层MoSi2的密度分别为9.3,2.5和5.4g/cm3,据此对Mo和Si间扩散系数进行修正,最终得到在250℃下,Mo/Si多层膜中Mo和Si间的扩散系数为1.88×10-22 cm2/s,从而为研究Mo/Si多层膜的热稳定性提供了定量依据。     

海面上电大尺寸目标电磁散射特性研究

基于几何光学法(GO)、物理光学法(PO)、射线弹跳法(SBR)和等效电流法(MEC),提出了一种快速计算金属海面上电大尺寸目标电磁散射的解析算法。该算法考虑了阴影效应,运用GO/PO+SBR计算了目标与海面的镜面反射以及它们之间的多次相互作用,并运用MEC计算了目标的棱边绕射以改进计算结果。应用该算法计算了平板上方规则金属目标的双站雷达散射截面(RCS),并与传统矩量法(MoM)进行比较,验证了算法的有效性。最后,计算了PM(Pierson-Moskowitz)海浪谱的随机海洋粗糙面上舰船模型目标的散射特性,并对计算结果进行了分析,讨论了海洋面以及入射波参数对散射结果的影响。     

海洋粗糙面全极化电磁散射特性研究

针对基于几何光学-微扰法(GO-SPM)的传统双尺度模型对截断波数敏感的问题,该文建立了一种基于几何光学-小斜率近似(GO-SSA)的改进双尺度模型。该模型将小尺度部分的微扰法替换为一阶小斜率近似,并改进镜向分量的几何光学解。仿真表明该方法在获取传统双尺度精度的同时,不需要考虑截断波数的选取问题。针对Elfouhaily海浪谱模型的特点,简化GO-SSA积分形式。最后采用GO-SSA对以Elfouhaily海浪谱建模的海表面的单双站极化散射特性进行了仿真分析。发现双站极化散射中,粗糙表面的斜率调制导致交叉极化出现了异于传统模型的分布。同时在全空域的双站极化散射仿真中,发现所有的极化方式在方位向内均存在极小值。该极小值的大小与环境参数密切相关,在环境参数反演方面具有应用潜力。     

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.     

雷达大擦地角海杂波特性与目标检测研究综述

海杂波作为影响海用雷达目标探测性能的主要制约因素之一,其在小擦地角下的物理机理和特性被广泛研究。由于产生机理上与小擦地角的差异,大擦地角下海杂波特性认知研究难以直接采用现有的多样化小擦地角海杂波模型与特性结论,大擦地角海杂波特性规律及目标检测技术研究依旧是一项极其复杂的系统工程。该文从雷达大擦地角对海探测试验数据集出发,围绕大擦地角海杂波建模、海杂波特性影响因素和海杂波中目标检测技术3个方面,回顾总结了大擦地角下海杂波特性认知与抑制的研究进展,梳理了大擦地角海杂波机理与特性研究的主要结论,并对技术发展方向进行了展望。     

垂直入射大地回波特性测量方法与实验

针对垂直入射区雷达大地回波的特性,利用S波段和8 mm波段线性调频连续波雷达散射计,开展了农田和沙地2种地形的回波测量实验,获取了2种地形在S波段和8mm波段的垂直入射区回波数据,给出了地面反射系数和散射系数的计算方法,并利用该方法由测量回波数据得出了2种地形在S波段和8 mm波段的反射和散射系数.该结果为雷达高度表和微波遥感等系统提供了设计依据.     

峡谷型分区域复合粗糙面电磁散射特性研究

提出了一种分区域复合表面模型来描述峡谷环境的天然腔型结构,研究了峡谷型分区域复合粗糙面的电磁散射特性。采用蒙特卡罗方法,利用高斯谱函数模拟峡谷环境的陆地粗糙面,利用Pierson-Moskowitz(PM)海洋谱模拟峡谷的海面部分,交界处运用加权反正切函数平滑处理,建立了峡谷型分区域复合粗糙面模型。考虑到自然环境中峡谷所具备的天然腔型结构,引入射线密度归一化(RDN)思想,采用改进射线弹跳法与物理光学法的混合方法,计算峡谷型分区域复合粗糙面的电磁散射特性。对比了陆地粗糙面、海面和峡谷型分区域复合粗糙面的电磁散射特性,计算了峡谷型分区域复合粗糙面的散射系数,并讨论了峡谷开口范围、陆地粗糙面的均方根高度和相关长度对峡谷型分区域复合粗糙面电磁散射特性的影响。仿真结果对于反演峡谷环境的电磁特性以及遥感、探测具有借鉴意义。