低掠角入射动态分形粗糙海面与船目标的双站散射数值模拟

为快速数值计算动态粗糙分形海面上有船目标时的双站散射，该文将广义前后向迭代法（GFBM）与谱积分加速算法（SAA）结合用于求解磁场积分方程（MFIE）。避免了电场积分方程（EFIE）数值计算的不稳定性。数值模拟了TE锥形波低掠角入射在一维动态分形粗糙导体海面以及船目标存在时的双站散时，讨论了多次散射传播的双疲散射与动态分形海面和船目标特征参数的关系。     

海杂波环境中运动目标电磁散射的数值模拟

提出用广义前后向迭代方法(GFBM)与谱加速算法(SAA)结合的数值方法,求解PM谱粗糙导体海面与船目标散射的电磁场积分方程,数值模拟海杂波中船目标双站与后向散射,给出观测条件变化时的海杂波与目标回波、及其与环境和目标各特征参数关系的模拟.提出有限元-区域分解法(FEM-DDM)的双级准静态方法,数值模拟风驱动态海面上低飞目标的Doppler(DP)频谱.分析了不同海况、有无舰船目标的情况下海面上低空飞行目标的时域回波、DP频谱及其与目标飞行高度、观测角等特征参数的关系.     

军事科技中的微波遥感信息技术

间微波遥感信息技术的发展与国家安全、军事环境监测、导弹制导、背景中目标识别与跟踪、军事预警、电子对抗等军事高科技有着十分密切的关系。本文讨论我们的微波遥感信息研究在现今军事科技中几个方面的应用。其中饭知：导弹制导时地表散射杂波的模拟与多谱勒频移的仿真,合成孔径雷达（SAR）图像中船行尾迹对海面舰船的识别,浅海水下地形的反演,低掠角入射海面与舰船的双站散射模拟,从SAR,SSM／I（Special Sensor Microwave/Imager）星载微波主被动遥感图像数据反演特定区域的气象等环境特征。     

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.     

基于P—M谱的二维各向异性分层海面电磁散射研究

为了得到基于P-M谱的二维各向异性分层海面电磁散射特性,以便为海洋遥感、海上目标检测与识别等领域的应用提供理论依据,采用微扰法研究了平面波入射分层介质粗糙面的电磁散射特性,结合海面P-M谱推导出了平面波入射时的散射系数计算公式,通过数值计算获得了HH极化下中间介质的介电常数和厚度、摩擦风速、风区范围、观察方向与逆风方向之间夹角和入射波频率对双站散射系数的影响,得到了分层海面电磁散射系数的基本特征、分区特征和随频率变化的特征。     

军事科技中的微波遥感信息技术

空间微波遥感信息技术的发展与国家安全、军事环境监测、导弹制导、背景中目标识别与跟踪、军事预警、电子对抗等军事高科技有着十分密切的关系。本文讨论我们的微波遥感信息研究在现今军事科技中几个方面的应用。其中包括导弹制导时地表散射杂波的模拟与多谱勒频移的仿真,合成孔径雷达(SAR)图像中船行尾迹对海面舰船的识别,浅海水下地形的反演,低掠角入射海面与舰船的双站散射模拟,从SAR,SSM／I(SpecialSensorMicrowave／Imager)星载微波主被动遥感图像数据反演特定区域的气象等环境特征。     

动态分形粗糙海面散射的遮蔽效应和多普勒谱研究

利用粗糙面电磁散射中的基尔霍夫近似,结合粗糙面遮蔽函数和分形粗糙海面特征函数的计算,导出了考虑遮蔽效应情况下导体分形粗糙海面散射截面的近似公式。研究了海面不同均方根斜率对遮蔽效应的影响。比较了毫米波入射时高斯粗糙面和分形粗糙海面的散射截面分布情况。分析了不同分维下分形海面双站散射截面的角分布情况。详细讨论了不同入射角和不同分维及遮蔽效应对分形海面散射回波多普勒谱的影响。     

海面上方低空突防飞机雷达散射特性研究

为更好地研究海面上方低空突防飞机的雷达散射特性,基于迭代物理光学法（AIPO）和等效电流法（MEC）,提出了计算电大尺寸二维导体海面上方低飞目标的AIPO＋MEC算法,应用AIPO计算海面与目标之间的相互作用,用MEC计算棱边绕射。通过计算海面上金属立方体的双站散射系数,与已有数值算法结果相比较,验证了算法的正确性。用PM谱粗糙面模拟实际海面,应用该算法计算了海面上方三种典型隐身飞机模型的后向散射系数,并与自由空间中飞机模型的散射系数和平面上方飞机模型的散射系数进行了比较。结果表明,由于海面散射以及海面与飞机之间的相互作用,后向散射系数增大,且下方为海面时的散射系数角度性分布的散射比下方为平面时更为平缓。这对现代战争中海面上方低空目标探测和雷达设计具有一定的理论指导意义。     

激光束海面散射回波建模与仿真

海面散射回波是激光探测系统探测低空掠海目标时的主要干扰,基于Pierson-Moscowitz海浪谱建立了不同风速下粗糙海面的几何模型,并将其作为海面的高度场。在对海面进行面元分割的基础上,根据Cox-Munk关于海浪坡度的统计模型计算了面元的反射回波,建立了粗糙海面的光散射模型,利用该模型对一种圆锥视场入射激光束的散射光分布及探测器接收功率进行了仿真计算。研究结果表明,粗糙海面的散射光分布与入射角度及风速相关,圆锥视场入射激光束的散射光主要分布在入射光束镜像方向周围的立体空间,风速越小,散射光分布越集中;风速越大,散射光分布越分散,为粗糙海面激光束散射特性分析及散射回波计算提供了重要理论依据。     

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。     

低掠入射时分形粗糙面散射的高阶微扰解

针对粗糙表面低掠入射散射特性求解的大误差问题,采用高阶微扰法研究了分形布朗运动粗糙表面在低掠入射条件下的散射特性,计算了高阶微扰法在低掠入射时的修正值,比较了高阶场量和阴影函数对低掠入射的修正效应,讨论了不同分维数下低掠入射时的散射系数,分析了低掠入射下极化指数与不同幂次正割函数的拟合逼近问题,修正了Ngo等人的结论.结果表明,高阶微扰法能有效求解掠入射角下分形粗糙表面的散射特性.     

The finite-element method with domain decomposition for electromagnetic bistatic scattering from the comprehensive model of a ship on and a target above a large-scale rough sea surface

The domain decomposition method (DDM) and finite-element method (FEM) are developed for numerical solution of bistatic scattering from the composite model of a ship on and a target above a two-dimensional (2-D) randomly rough sea surface under an electromagnetic (EM) wave incidence at low grazing angle. The coupling boundary conditions on the interface between two adjacent subdomains are derived when the conformal perfectly matched layer is used as the truncation boundary of the FEM, and the final coupling matrices are obtained by using the inward-looking approach. Because the computational domain with several millions of unknowns can be solved on a personal computer, our FEM-DDM method is powerful for scattering simulation of a very large-scale rough surface with targets presence. In addition to reduction of the memory storage, the superiority of this method in computing time over the conventional FEM is also demonstrated. Our codes are examined by the FEM without DDM, the forward-backward method (FBM), and generalized FBM for some simple cases. Numerical simulations of bistatic scattering from a comprehensive model of a ship on and a target above the 2-D randomly rough perfectly conducting sea surface in large electric scale are obtained, and its functional dependence on many physical parameters of the targets and oceanic status are discussed.     

Bistatic scattering from rough dielectric soil surface with a conducting object partially buried by using the GFBM/SAA method

A hybrid approach of the generalized forward-backward method (GFBM) with spectral accelerate algorithm (SAA) and Monte Carlo method is developed in this paper. It is applied to numerical simulation of bistatic scattering from one-dimensional arbitrary dielectric constant soil surface with a conducting object partially buried under the horizontal and vertical tapered wave incident at low grazing angle. The energy conservation is used to valuate accuracy of the GFBM/SAA. Numerical simulations of bistatic scattering at low grazing angle are discussed in this paper.     

高斯粗糙表面低掠入射散射特性研究

该文针对传统解析法不能有效求解低掠入射下粗糙表面散射特性的问题,提出了一种高阶解析法,该算法基于表面散射场的高阶分量和表面轮廓函数的高阶Taylor级数展开。利用该算法,定量比较了同极化的高、低阶散射系数,讨论了低掠入射下不同粗糙度的散射特性,分析了低掠入射下高阶微扰法和高阶基尔霍夫法求解高斯粗糙面的修正效应,得出了高阶解析法可以很好求解低掠入射问题的结论。最后,还研究了同极化散射指数与掠入射角幂函数的拟合问题,修正了极化散射指数的经典表达式。     

各向异性粗糙海面对掠入射激光的散射特性研究

针对目前粗糙海面的激光散射场模型并不适用于激光束掠入射的情况以及忽略风速的影响,基于Cox-Munk模型及基尔霍夫近似（KA）模拟各向异性粗糙海面,建立海面对掠入射激光束的方向反射率分布模型,仿真分析了方向反射率随风速、风向、入射角、入射方位角、反射角、反射方位角的变化规律,并通过水池实验进行了验证。结果表明:粗糙海面对激光束的散射能量主要分布在以被照射海面为顶点的圆锥形角空域,此空域角方向位于镜面反射方向附近,且随着风速的增加,空域角逐渐变大,对于掠入射的激光束,由于海浪的遮蔽效应,空域角方向会偏离镜面方向。该模型可以为激光半主动制导导弹对海上小目标射击研究以及利用激光束照射粗糙海面布设激光诱饵研究提供一定理论依据。     

粗糙海面上舰船Kelvin尾迹的电磁散射仿真

基于点源扰动方法建立了舰船的Kelvin尾迹模型, 模拟了不同船速下的Kelvin尾迹.实际中, 舰船尾迹除了受到舰船自身参数影响外, 还会受到风驱海浪的调制.为了建立更为符合实际的Kelvin尾迹模型, 借助PM(Pierson-Moscowitz)海谱生成粗糙海面, 将其与Kelvin尾迹模型进行线性叠加后, 得到了粗糙海面上舰船尾迹.在该复合模型基础上, 利用物理光学法获得了不同入射情况下的单站、双站的雷达散射截面, 实现了海面舰船尾迹电磁散射的模拟仿真.这一过程的实现, 有利于更好地模拟舰船尾迹在合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)中的成像仿真, 同时为SAR成像中舰船尾迹以及舰船自身的识别奠定了基础.