小斜率近似方法在地海粗糙面散射中的改进与应用

发布时间：2020-10-17 05:35

　　 三维海面电磁散射特性的研究在民用和军事方面都具有重要的意义。在风力作用下海面上方会生成大量的泡沫层,泡沫层会对海上目标探测产生干扰。传统小斜率近似方法难以对泡沫层-海面复合模型直接求解,需对其进行相应的修正。沙漠地形是一种特殊的粗糙面,其上方存在着沙丘,因此不满足传统小斜率近似方法的适用条件,也需对其进行相应的修正。本文围绕泡沫层-海面复合模型和沙漠地区的新月形沙丘模型的电磁散射进行研究,该研究在沙漠地区遥感、复杂环境预警和海面上方泡沫层的检测与识别方面有着重要的应用价值。论文工作如下:1.基于覆盖泡沫海面电磁散射求解理论值与试验值不吻合情形,对传统一阶小斜率近似方法进行改进修正。将等效介电常数和矢量辐射传输理论应用到覆盖泡沫海面电磁散射的研究。在小入射角(小于40°)情况下,由于泡沫层的镜像效应会对海面的散射系数产生影响,采用等效介电常数理论模型对单纯海面的计算结果进行修正。当入射角较大时(大于60°),泡沫层的非布拉格散射效应会对海面后向散射系数产生影响,因此采用了矢量辐射传输理论模型对等效介电常数模型修正后结果进一步修正。结果表明,修正后的理论值与相关试验值能够很好地吻合,误差在允许范围内,从而表明了两种修正模型的实用性及有效性。2.研究了泡沫层对海面散射回波多普勒频移和展宽特性的影响。基于两种修正模型分别讨论了不同入射波频率、入射角、风速等情况下覆盖泡沫海面多普勒谱与单纯海面多普勒谱的差异性。结果表明,覆盖泡沫海面多普勒谱会下在单纯海面多普勒谱曲线图的基础上会产生一个新的尖峰,随着入射波频率的增高或风速的增大,该尖峰会不断增高,并最终可能取代原有尖峰,从而表明多普勒谱发生了频移现象。3.运用风积理论针对沙漠地形建立新月形沙丘模型并将沙丘模型分为5个区域。利用转换矩阵改进传统一阶小斜率近似方法,从而提出了多区域小斜率近似模型。将该方法与传统小斜率近似进行结果对比,验证了该方法的准确性。利用该方法分析了新月形沙丘散射特性,计算了不同风速、风向、电磁波入射角及频率下新月形沙丘的单站与双站RCS。计算结果很好地弥补了传统小斜率近似不适用于求解沙丘模型电磁散射的局限之处。
【学位单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN011
【部分图文】：

西安电子科技大学硕士学位论文维含泡沫静态海面电磁散射特性。由于采用小斜率近散射系数结果与实际含泡沫海面的测量值存在明显的型修正了小入射角（小于 40°）情况下的小斜率近似型对中大入射角（大于 40°）情况下的小斜率近似维含泡沫动态海面电磁散射特性。相对于静态海面而杂，因此需对其进行更为详尽的解释及数据处理。基面的小斜率近似结果，求解了线性海面的后向散射多多普勒谱的影响。着重讨论了海面风速、风向和介电频移及展宽的影响，表明了矢量辐射传输理论、等含泡沫动态海面电磁散射计算的有效性。本文的主要研究内容连同对应的研究成效作了小结和以及下一步的工作方向。

图 2.1 不同风速下 PM 谱不同风速19.5U 下的 PM 功率谱在空间波数 k 的分同，但每条 PM 谱曲线均有一处尖峰，对应的空值随风速的增大而增大，pk 减小。另外，当pk k 处达到最大值，这是由于长重力波起决定性作用；减小，主要是因为短重力波和张力波起决定性作断增强，因此 PM 谱的峰值也会随之越来越高，小于峰值对应的波数时，功率谱密度在不断的扩少。AP 谱形式较为简单，并且是一种稳定海谱，因此在海但 PM 谱并未考虑海面的非线性作用，JASONWA修正因子，表达式为：

0JONSWAP 谱在不同风域及不同风速下的谱分布函数分别如图 2.2 和图 2.3 所示。将这两幅图与图 2.1 对比发现，JASONWAP 海谱的变化规律与 PM 相似，均是窄带能量谱，并且窄带宽度比 PM 谱更窄；另外，风速和风区的增大均会引起峰值增大。
【参考文献】

相关期刊论文 前6条

1 范天奇;郭立新;金健;孟肖;;含泡沫面元模型的海面电磁散射研究[J];物理学报;2014年21期

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本文编号：2844357