有限深海域的电磁散射研究
发布时间：2021-08-22 01:43
有限深海域在海底地形、变浅效应等作用的影响下,具有与传统无限深海域不同的特性,在军用战略监测和民用技术研究方面有着非常重要的意义。目前,在有限深海域的研究中存在以下难点:与传统的无限深海面不同,由于有限深海面对于水深因素的影响存在敏感性,有限深海面的几何建模问题一直是国内外研究的热点问题;有限深海域的电磁散射问题通常为电大尺寸问题,属于计算电磁学当中的重难点问题,且其与传统的无限深海面电磁散射问题不同,水深因素对其电磁散射的影响不可忽略;有限深海域的海底地形探测问题,对于海洋的科学管理和保护研究具有重要意义,但如何将海面的雷达成像到海底地形反演整个过程进行仿真,是国内外研究的热点问题。因此本文从有限深海面几何建模,电磁散射,雷达成像,水深反演四个方面进行了研究和分析。本文主要工作包含四个部分:一、结合流体动力学理论及有限深海谱模型,利用线性滤波法建立有限深海域的海面几何模型。通过比较不同水深及风速情况下的有限深海面,得出其几何模型变化的规律:相同风速情况下,水深越大,其海面的起伏就越大;相同水深的情况下,风速越大,海面的起伏越大。该结论与实际海面情况一致,证明了本方法的有效性。二、采用...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Debye模型海水的相对复介电常数(a)实部；(b)虚部
第二章有限深海域的海面几何建模17202202)(exp405245exp)(gS(2-30)其中22.0~076.0x为尺度参数（x~是无因次风区210/~Ugxx，x是风区，10U是海面上方10米处的风速），g为重力加速度，为谱频率，0为谱峰频率，PMEEmaxmax/为峰升高因子（maxE为谱峰值，PMEmax为PM谱的谱峰值），为峰形参数。00,09.0,07.0(2-31)图2-2不同水深的TMA谱的功率谱图2-2为水深分别10m，7m，5m，3m，1m情况下的TMA谱的功率谱，可以看出随着水深变浅，功率谱的峰值逐渐变小，而峰值频率未发生变化。这一点与实际浅水中的情况不太相符，因此本文不采用TMA谱来生成有限深海面。2.3.2文氏改进谱文圣常等人在分析了现有的海谱之后，依据中国海域的风浪谱的实际情况，从不同水深的角度提出了一种更符合我国实际海域情况的海谱，之后使用我国近海多个海域的实测数据对该谱进行验证，然后经过理论推导与合理近似得到了文氏改进谱，文氏改进谱适用于出现破碎前的不同深度的海域，其形式如下：15.1,)15.1(137.5813.5)426.1307.1(013.0088.177.615.10,)1(])426.1307.1)(013.0088.177.6()137.5813.5([ln95exp{)(0020005/120200mmpppppmpS(2-32)其中0为谱峰频率，0m为零阶矩，且)(/000Spm，p为谱尖度因子，hH/为深度参数（H为平均波高，h为水深），m)2(2。文圣常等人还采用风速
电子科技大学硕士学位论文18和风区来表示风浪的成长性，设无因次化风区和水深分别为：~2Ugxx，2~Ugdd，其中x为风区，U为海面上方10米处的风速，d为有限深海域的深度。它们与上述表达式中的三个参量转换关系如下：2435.08.027.060)~~30(~1089.1thxmxgUd(2-33)Uxdthgx)~~30(~4.1035.08.032233.00(2-34))~~30(~)93.9347.5358.17(35.08.03/2233.02xdthxp(2-35)图2-3不同水深的改进文氏谱的功率谱图2-3为水深分别为10m，7m，5m，3m，1m情况下的文氏改进谱的功率谱，可以看出随着水深变浅，功率谱的峰值逐渐变小，且峰值频率逐渐向高频方向移动。这与实际浅水中功率谱的变化情况相同，这是因为在浅水条件下长波的生长被抑制，而频率更高的短波则被保留下来，故浅水中的峰值功率向高频移动。因此本文采用文氏改进谱生成有限深海面。2.3.3方向函数2.3.1和2.3.2节所述的海谱仅能表征处于固定位置的海浪能量随频率变化的分布情况，因此又称这种海谱为一维谱。而实际的海浪是有方向的，为更细节地表现出海浪能量沿着波浪的传播方向以及随频率变化的分布，需要引入方向函数来构建二维海谱。方向函数是在波浪折绕射、水体泥沙运动、海洋环境预报、海洋工程等领域有重要作用。方向函数一般表示为海浪波数或频率与风向角的函数，记为kG),(或fG),(，需满足以下关系：dfG1),(或1),(dkG(2-36)常用的方向谱函数有Donelan方向函数、光易型方向函数、Hasselmann方向函数等，常根据不同的海谱选择不同的方向谱函数。
【参考文献】：
期刊论文
[1]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[J]. 刘万萌,童创明,彭鹏,王童. 现代雷达. 2017(05)
[2]Kriging插值法在测绘工作中的应用分析[J]. 谷良平. 山西农经. 2016(09)
[3]大坡度水下地形的SAR遥感模拟仿真[J]. 傅斌,黄韦艮. 国土资源遥感. 2003(01)
[4]近岸海浪几种数值计算模型的比较[J]. 冯芒,沙文钰,朱首贤. 海洋预报. 2003(01)
[5]星载SAR图像在海底地形探测中的应用[J]. 张宁川,梁开龙. 海洋测绘. 2002(06)
[6]利用卫星资料研究中国南海海底地形[J]. 罗佳,李建成,姜卫平. 武汉大学学报(信息科学版). 2002(03)
[7]三维海浪场的数值模拟及其动态仿真[J]. 马杰,田金文,柳健,王长青,沈秩厥. 系统仿真学报. 2001(S2)
[8]海岸地形航空摄影测量技术及其实施[J]. 申家双. 海洋测绘. 2001(04)
[9]用合成孔径雷达图像反演浅海水下地形的一种方法[J]. 张巍,金亚秋,沈一帆. 海洋学报(中文版). 2000(06)
[10]我国海浪理论及预报研究的回顾与展望[J]. 管长龙. 青岛海洋大学学报(自然科学版). 2000(04)
博士论文
[1]浅海典型水下地形SAR遥感成像机理和反演研究[D]. 王小珍.浙江大学 2018
[2]基于文氏改进谱的二维随机粗糙海面建模及其电磁散射计算的研究[D]. 吴庚坤.中国海洋大学 2015
[3]机载SAR快速后向投影成像算法研究[D]. 李浩林.西安电子科技大学 2015
[4]动态海面电磁散射与多普勒谱研究[D]. 聂丁.西安电子科技大学 2012
[5]SAR浅海水下地形探测[D]. 傅斌.中国海洋大学 2005
硕士论文
[1]基于极化信息的浅海水下地形SAR探测模型[D]. 毕晓蕾.中国石油大学 2010
[2]基于SAR影像的风向反演与水下地形探测实用性算法[D]. 杨俊钢.内蒙古大学 2004
本文编号：3356746
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Debye模型海水的相对复介电常数(a)实部；(b)虚部
第二章有限深海域的海面几何建模17202202)(exp405245exp)(gS(2-30)其中22.0~076.0x为尺度参数（x~是无因次风区210/~Ugxx，x是风区，10U是海面上方10米处的风速），g为重力加速度，为谱频率，0为谱峰频率，PMEEmaxmax/为峰升高因子（maxE为谱峰值，PMEmax为PM谱的谱峰值），为峰形参数。00,09.0,07.0(2-31)图2-2不同水深的TMA谱的功率谱图2-2为水深分别10m，7m，5m，3m，1m情况下的TMA谱的功率谱，可以看出随着水深变浅，功率谱的峰值逐渐变小，而峰值频率未发生变化。这一点与实际浅水中的情况不太相符，因此本文不采用TMA谱来生成有限深海面。2.3.2文氏改进谱文圣常等人在分析了现有的海谱之后，依据中国海域的风浪谱的实际情况，从不同水深的角度提出了一种更符合我国实际海域情况的海谱，之后使用我国近海多个海域的实测数据对该谱进行验证，然后经过理论推导与合理近似得到了文氏改进谱，文氏改进谱适用于出现破碎前的不同深度的海域，其形式如下：15.1,)15.1(137.5813.5)426.1307.1(013.0088.177.615.10,)1(])426.1307.1)(013.0088.177.6()137.5813.5([ln95exp{)(0020005/120200mmpppppmpS(2-32)其中0为谱峰频率，0m为零阶矩，且)(/000Spm，p为谱尖度因子，hH/为深度参数（H为平均波高，h为水深），m)2(2。文圣常等人还采用风速
电子科技大学硕士学位论文18和风区来表示风浪的成长性，设无因次化风区和水深分别为：~2Ugxx，2~Ugdd，其中x为风区，U为海面上方10米处的风速，d为有限深海域的深度。它们与上述表达式中的三个参量转换关系如下：2435.08.027.060)~~30(~1089.1thxmxgUd(2-33)Uxdthgx)~~30(~4.1035.08.032233.00(2-34))~~30(~)93.9347.5358.17(35.08.03/2233.02xdthxp(2-35)图2-3不同水深的改进文氏谱的功率谱图2-3为水深分别为10m，7m，5m，3m，1m情况下的文氏改进谱的功率谱，可以看出随着水深变浅，功率谱的峰值逐渐变小，且峰值频率逐渐向高频方向移动。这与实际浅水中功率谱的变化情况相同，这是因为在浅水条件下长波的生长被抑制，而频率更高的短波则被保留下来，故浅水中的峰值功率向高频移动。因此本文采用文氏改进谱生成有限深海面。2.3.3方向函数2.3.1和2.3.2节所述的海谱仅能表征处于固定位置的海浪能量随频率变化的分布情况，因此又称这种海谱为一维谱。而实际的海浪是有方向的，为更细节地表现出海浪能量沿着波浪的传播方向以及随频率变化的分布，需要引入方向函数来构建二维海谱。方向函数是在波浪折绕射、水体泥沙运动、海洋环境预报、海洋工程等领域有重要作用。方向函数一般表示为海浪波数或频率与风向角的函数，记为kG),(或fG),(，需满足以下关系：dfG1),(或1),(dkG(2-36)常用的方向谱函数有Donelan方向函数、光易型方向函数、Hasselmann方向函数等，常根据不同的海谱选择不同的方向谱函数。
【参考文献】：
期刊论文
[1]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[J]. 刘万萌,童创明,彭鹏,王童. 现代雷达. 2017(05)
[2]Kriging插值法在测绘工作中的应用分析[J]. 谷良平. 山西农经. 2016(09)
[3]大坡度水下地形的SAR遥感模拟仿真[J]. 傅斌,黄韦艮. 国土资源遥感. 2003(01)
[4]近岸海浪几种数值计算模型的比较[J]. 冯芒,沙文钰,朱首贤. 海洋预报. 2003(01)
[5]星载SAR图像在海底地形探测中的应用[J]. 张宁川,梁开龙. 海洋测绘. 2002(06)
[6]利用卫星资料研究中国南海海底地形[J]. 罗佳,李建成,姜卫平. 武汉大学学报(信息科学版). 2002(03)
[7]三维海浪场的数值模拟及其动态仿真[J]. 马杰,田金文,柳健,王长青,沈秩厥. 系统仿真学报. 2001(S2)
[8]海岸地形航空摄影测量技术及其实施[J]. 申家双. 海洋测绘. 2001(04)
[9]用合成孔径雷达图像反演浅海水下地形的一种方法[J]. 张巍,金亚秋,沈一帆. 海洋学报(中文版). 2000(06)
[10]我国海浪理论及预报研究的回顾与展望[J]. 管长龙. 青岛海洋大学学报(自然科学版). 2000(04)
博士论文
[1]浅海典型水下地形SAR遥感成像机理和反演研究[D]. 王小珍.浙江大学 2018
[2]基于文氏改进谱的二维随机粗糙海面建模及其电磁散射计算的研究[D]. 吴庚坤.中国海洋大学 2015
[3]机载SAR快速后向投影成像算法研究[D]. 李浩林.西安电子科技大学 2015
[4]动态海面电磁散射与多普勒谱研究[D]. 聂丁.西安电子科技大学 2012
[5]SAR浅海水下地形探测[D]. 傅斌.中国海洋大学 2005
硕士论文
[1]基于极化信息的浅海水下地形SAR探测模型[D]. 毕晓蕾.中国石油大学 2010
[2]基于SAR影像的风向反演与水下地形探测实用性算法[D]. 杨俊钢.内蒙古大学 2004
本文编号：3356746
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