海浪的非线性电磁散射特性研究
发布时间：2021-08-21 20:34
海面的电磁散射研究在海洋遥感、海洋环境监测和目标识别领域具有重要的应用价值。当风速变大的时,雷达实测数据中往往会出现海尖峰、高极化比和大多普勒频移的超级散射现象,如何描述和解释这些散射现象是一个热点和难点。事实上,海浪非线性和波浪破碎被认为是引起这些超级散射现象的主要原因。然而,有关海浪非线性和碎浪的电磁散射研究存在一些困难：一是海浪的运动十分复杂,加上风力和大气等不确定的外力影响,使得海浪的变化具有很大的随机性和非线性；二是随着风速的增大,海面波浪会变得很陡峭,并产生破碎,破碎后会产生泡沫、水滴和湍流,这些都难以用现有的数学模型进行很好地描述；三是通常的电磁散射方法不能很好地处理碎浪复杂结构的散射问题,也很难体现超级散射现象。为此,本文针对海浪的非线性和波浪破碎的电磁散射开展研究。论文的工作主要包括以下几个方面：1.基于拉格朗日模型,提出了一个具有水平偏移和垂直偏移的非线性分形海面模型。运用二阶小斜率近似方法计算了该非线性模型的电磁散射特性。计算的结果在散射系数和多普勒谱上都能体现非线性的价值。并针对该模型,讨论了水平偏移和垂直偏移对散射结果的影响。2.根据斜率判据和实测的碎浪覆盖率...
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：166 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２．１不同风速下Ｐ－Ｍ谱随波数的变化??．ｍｓ、ｍｍ／ｓＰ－ＭＡ化
０．０?０．１?Ｑ２?０．３?０．４?０．５?０．６?Ｃ．７??＊如－１）??图２．１不同风速下Ｐ－Ｍ谱随波数的变化??图２．１给出了风速为６ｍ／ｓ、８ｍ／ｓ和ｌＯｍ／ｓ的Ｐ－Ｍ随波数Ａ的变化。由图２．１??可Ｗ看出，Ｐ－Ｍ谱是单峰海谱，在谱峰值附近，能量集中，远离谱峰值，能量会??迅速下降。并且，随着风速的增加，海谱峰值会极大的增大，而峰值却会向波数??小的方向移动。表明，随着风速的增大，海谱的能量在增加，而谱峰值偏向小波??数则体现了在大风速下更容易形成波数较小而波长较长的长波。??口）Ａ．Ｋ．化ｎｇ?谱??Ｐ－Ｍ谱是重力波谱。在高频波段下，在中等入射角的情况下，发生Ｂｒａｇｇ谐??振的波浪对应的是毛细波段，重力波谱并不适用。１９８２年，Ｆｕｎｇ和Ｌｅｅ将Ｐｅｒｓｉｏｎ??和Ｍｏｓｋｏｗｉ忆的重力波谱与Ｐｅｒｓｉｏｎ提出的张力波谱进行结合，提出了一种完全海??谱Ａ．Ｋ．Ｆｉｍｇ谱口Ｄ］。当＆＜〇．〇４／＊口如．ＣＷ－１时，取重力波谱作为该谱的形式，当?？??Ａ：＞０．０４仰６？．〇？２－＇取张力波谱作为该谱的形式。Ａ．Ｋ．Ｆｕｎｇ谱可１＾＾？表乐为??Ｗｔ）?＝?｛ＳｉＷ
Ｐ（ｄ?巧）??图２．５?Ｖ取不同值的??如图２．５所示，给出了?ｖ／＝ｌ、１．５和２．０的（＆Ｗ随角度的变化图，设风向角化＝０。??可（＾看到，随着＾＾的变大，分布函数能量更为集中。在方位角为〇。的时候，有最??大值，此时体现的为逆风方向。当方位向由逆风方向变化的时候，值会逐渐减少。??体现在海面轮廓上，波浪条纹会集中朝着风向运动。若风向发生变化，则这波浪??条纹就会随着风向的变化而变化。同样分析了?Ｄｏｎｅｌａｎ分布函数随角度的变化。如??图２乂所示，给出了?Ｄｏｎｅｌａｎ分布函数对应不同的／／／，值，随方位角的变化，这??里设风向口＂?＝?０。由图可Ｗ看出，在／／／ｐ小于０．％时，会随着／／／，增加而更为??集中，当／／／，大于化９５时，又会随着／／／ｐ增大而展开。由此也可Ｗ看到，方向??函数是简单的给出了能量随方位角的分布。对于实际场景来讲，显然，就这样一??个函数显然还是难准确的描述随机的二维情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]Polarimetric scattering from a two-dimensional improved sea fractal surface[J]. 刘伟,郭立新,吴振森. Chinese Physics B. 2010(07)
[2]自由表面翻卷与破碎流动的SPH数值模拟[J]. 郑兴,许国冬,段文洋. 哈尔滨工程大学学报. 2010(03)
[3]Numerical study of electromagnetic scattering from one-dimensional nonlinear fractal sea surface[J]. 谢涛,何超,William Perrie,旷海兰,邹光辉,陈伟. Chinese Physics B. 2010(02)
[4]气泡/泡沫覆盖粗糙海面电磁散射的修正双尺度法研究[J]. 梁玉,郭立新. 物理学报. 2009(09)
[5]基于Gerstner-Rankine模型的真实感海洋场景建模与绘制[J]. 李苏军,杨冰,吴玲达. 工程图学学报. 2008(02)
[6]海洋背景下开尔文尾迹仿真与分析[J]. 侯海平,陈标,刘翠华. 计算机仿真. 2007(08)
[7]改进的一维分形模型在海面电磁散射中的应用[J]. 王运华,郭立新,吴振森. 电子学报. 2007(03)
[8]海浪数值模式研究回顾与进展[J]. 闻斌,刘俊. 海洋预报. 2006(04)
[9]改进的二维分形模型在海面电磁散射中的应用[J]. 王运华,郭立新,吴振森. 物理学报. 2006(10)
[10]一种面向虚拟环境的真实感水波面建模算法[J]. 李广鑫,丁振国,詹海生,周利华. 计算机研究与发展. 2004(09)
博士论文
[1]海面舰船尾迹电磁散射研究[D]. 孙荣庆.西安电子科技大学 2013
[2]造波理论与方法研究[D]. 李宏伟.哈尔滨工程大学 2013
[3]动态海面及其上目标复合电磁散射与多普勒谱研究[D]. 陈珲.西安电子科技大学 2012
[4]海面及其与上方简单目标的复合电磁散射研究[D]. 王运华.西安电子科技大学 2006
[5]海洋舰船尾迹合成孔径雷达成像仿真研究[D]. 王爱明.中国科学院研究生院（电子学研究所） 2003
[6]非线性波浪与任意三维物体的相互作用[D]. 柏威.大连理工大学 2001
硕士论文
[1]基于FLUENT的二维数值波浪水槽研究[D]. 李胜忠.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：3356296
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：166 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２．１不同风速下Ｐ－Ｍ谱随波数的变化??．ｍｓ、ｍｍ／ｓＰ－ＭＡ化
０．０?０．１?Ｑ２?０．３?０．４?０．５?０．６?Ｃ．７??＊如－１）??图２．１不同风速下Ｐ－Ｍ谱随波数的变化??图２．１给出了风速为６ｍ／ｓ、８ｍ／ｓ和ｌＯｍ／ｓ的Ｐ－Ｍ随波数Ａ的变化。由图２．１??可Ｗ看出，Ｐ－Ｍ谱是单峰海谱，在谱峰值附近，能量集中，远离谱峰值，能量会??迅速下降。并且，随着风速的增加，海谱峰值会极大的增大，而峰值却会向波数??小的方向移动。表明，随着风速的增大，海谱的能量在增加，而谱峰值偏向小波??数则体现了在大风速下更容易形成波数较小而波长较长的长波。??口）Ａ．Ｋ．化ｎｇ?谱??Ｐ－Ｍ谱是重力波谱。在高频波段下，在中等入射角的情况下，发生Ｂｒａｇｇ谐??振的波浪对应的是毛细波段，重力波谱并不适用。１９８２年，Ｆｕｎｇ和Ｌｅｅ将Ｐｅｒｓｉｏｎ??和Ｍｏｓｋｏｗｉ忆的重力波谱与Ｐｅｒｓｉｏｎ提出的张力波谱进行结合，提出了一种完全海??谱Ａ．Ｋ．Ｆｉｍｇ谱口Ｄ］。当＆＜〇．〇４／＊口如．ＣＷ－１时，取重力波谱作为该谱的形式，当?？??Ａ：＞０．０４仰６？．〇？２－＇取张力波谱作为该谱的形式。Ａ．Ｋ．Ｆｕｎｇ谱可１＾＾？表乐为??Ｗｔ）?＝?｛ＳｉＷ
Ｐ（ｄ?巧）??图２．５?Ｖ取不同值的??如图２．５所示，给出了?ｖ／＝ｌ、１．５和２．０的（＆Ｗ随角度的变化图，设风向角化＝０。??可（＾看到，随着＾＾的变大，分布函数能量更为集中。在方位角为〇。的时候，有最??大值，此时体现的为逆风方向。当方位向由逆风方向变化的时候，值会逐渐减少。??体现在海面轮廓上，波浪条纹会集中朝着风向运动。若风向发生变化，则这波浪??条纹就会随着风向的变化而变化。同样分析了?Ｄｏｎｅｌａｎ分布函数随角度的变化。如??图２乂所示，给出了?Ｄｏｎｅｌａｎ分布函数对应不同的／／／，值，随方位角的变化，这??里设风向口＂?＝?０。由图可Ｗ看出，在／／／ｐ小于０．％时，会随着／／／，增加而更为??集中，当／／／，大于化９５时，又会随着／／／ｐ增大而展开。由此也可Ｗ看到，方向??函数是简单的给出了能量随方位角的分布。对于实际场景来讲，显然，就这样一??个函数显然还是难准确的描述随机的二维情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]Polarimetric scattering from a two-dimensional improved sea fractal surface[J]. 刘伟,郭立新,吴振森. Chinese Physics B. 2010(07)
[2]自由表面翻卷与破碎流动的SPH数值模拟[J]. 郑兴,许国冬,段文洋. 哈尔滨工程大学学报. 2010(03)
[3]Numerical study of electromagnetic scattering from one-dimensional nonlinear fractal sea surface[J]. 谢涛,何超,William Perrie,旷海兰,邹光辉,陈伟. Chinese Physics B. 2010(02)
[4]气泡/泡沫覆盖粗糙海面电磁散射的修正双尺度法研究[J]. 梁玉,郭立新. 物理学报. 2009(09)
[5]基于Gerstner-Rankine模型的真实感海洋场景建模与绘制[J]. 李苏军,杨冰,吴玲达. 工程图学学报. 2008(02)
[6]海洋背景下开尔文尾迹仿真与分析[J]. 侯海平,陈标,刘翠华. 计算机仿真. 2007(08)
[7]改进的一维分形模型在海面电磁散射中的应用[J]. 王运华,郭立新,吴振森. 电子学报. 2007(03)
[8]海浪数值模式研究回顾与进展[J]. 闻斌,刘俊. 海洋预报. 2006(04)
[9]改进的二维分形模型在海面电磁散射中的应用[J]. 王运华,郭立新,吴振森. 物理学报. 2006(10)
[10]一种面向虚拟环境的真实感水波面建模算法[J]. 李广鑫,丁振国,詹海生,周利华. 计算机研究与发展. 2004(09)
博士论文
[1]海面舰船尾迹电磁散射研究[D]. 孙荣庆.西安电子科技大学 2013
[2]造波理论与方法研究[D]. 李宏伟.哈尔滨工程大学 2013
[3]动态海面及其上目标复合电磁散射与多普勒谱研究[D]. 陈珲.西安电子科技大学 2012
[4]海面及其与上方简单目标的复合电磁散射研究[D]. 王运华.西安电子科技大学 2006
[5]海洋舰船尾迹合成孔径雷达成像仿真研究[D]. 王爱明.中国科学院研究生院（电子学研究所） 2003
[6]非线性波浪与任意三维物体的相互作用[D]. 柏威.大连理工大学 2001
硕士论文
[1]基于FLUENT的二维数值波浪水槽研究[D]. 李胜忠.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：3356296
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