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

发布时间：2017-04-01 12:16

  本文关键词：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，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：鉴于二维随机粗糙海面电磁散射计算的理论研究在海况检测、军事遥感、目标跟踪与检测等多个领域中都有着广泛应用,近年来这一散射理论的研究引起了国内外众多学者的大量关注。首先,本文在第一部分综述了“基于功率谱的二维粗糙海面建模”以及“基于此模拟海面的电磁散射计算”的研究背景,简单概括了海浪与海谱模型、随机粗糙海面建模、海面电磁散射计算、随机粗糙海面海杂波统计模型等研究的国内外研究概况,并说明了本研究的课题来源、研究意义。其后,本文在的第二部分描述了海浪的形成机理及影响其成长的外界因素,概述了海浪功率谱的发展历史和研究现状,详细阐述了包括Neumann谱、PM谱、Fung谱、DV谱、Apel谱、NRL谱、文氏谱、文氏改进谱、JONSWAP谱等在内的国际上几种经典的海谱模型并对部分海谱的特点、适应性等给予了说明,同时详细阐述了Hwang、Ewans、Hasselmann、Mitsuyasu、Donelan、光易方向分布函数和文氏方向谱等几种经典的方向分布函数。在经典的二维海面建模的理论基础上,本文在第三部分采用Monte Carlo法模拟随机粗糙海面,并结合粗糙面电磁散射计算的近似方法对二维海面后向散射系数的计算结果进行分析。鉴于文氏功率谱不仅适用于不同风浪成长阶段,而且适用于不同水深,在二维随机粗糙海面建模的研究中,本文基于Donelan方向分布函数与文氏方向谱的对比实验结论,结合文氏改进谱以模拟二维随机粗糙海面,同时把此海面模拟的实验结果与JONSWAP谱模拟的海面结果进行对比,并对实验结果进行分析,从理论上说明文氏改进谱的适应性特点。传统的双尺度法在计算海面后向散射系数的过程中充分考虑到了KA法在求解大尺度重力波时的适应性和SPM法在求解小尺度张力波的适应性,并且这种方法是基于人为地将风驱二维海面分为大粗糙度的重力波及小粗糙度的毛细波这一理论基础上的,然而实际自然界中的随机粗糙海面却是连续变化的。鉴于此,本文在第四部分结合小斜率近似法在大尺度粗糙海面和小尺度粗糙海面的普遍适用性,对经典的双尺度法进行修正,以改善两种粗糙尺度的临界带电磁散射不平滑过渡问题。本文的第五部分详细阐释了包括GIT、TSC、HYB、NRL等在内的几种典型的海杂波后向散射系数的半经验模型的理论方法,并对GIT、TSC和HYB三种模型进行仿真,同时结合上述改进双尺度法的电磁散射计算结果,提出了在选择拟合优度评价标准中采用均差绝对值检验法,就此分析了上述三种半经验模型的拟合特点,说明了三种模型的不同适应性,得出实验结论,并从理论上对其给予了一定的说明。最后,本文在第六部分将上述电磁散射计算结果与Nathanson实测数据进行对比,分析了不同海况(风速等)、入射频率、擦地角下文氏改进谱二维随机粗糙海面在HH和VV极化方式下的电磁散射特性。
【关键词】：Monte Carlo法 文氏改进谱 双尺度 半经验模型 Nathanson数据
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O441.4
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 1 绪论11-22
• 1.1 本课题的研究背景及意义11-13
• 1.2 国内外研究概况13-20
• 1.2.1 海浪与海谱的研究13-15
• 1.2.2 随机粗糙海面建模的研究15
• 1.2.3 随机粗糙海面电磁散射计算的研究15-18
• 1.2.4 随机粗糙海面海杂波统计模型的研究18-20
• 1.3 本文主要内容及框架20-22
• 2 海浪与海谱模型22-49
• 2.1 引言22-24
• 2.2 海浪的形成与成长24-31
• 2.2.1 海浪的形成24-26
• 2.2.2 海浪的成长26-27
• 2.2.3 风级和海况等级标准27-31
• 2.3 几种经典的海谱模型31-43
• 2.3.1 海浪与海谱模型31-34
• 2.3.2 Neumann海谱模型34-35
• 2.3.3 PM海谱模型35-37
• 2.3.4 Fung海谱模型37-38
• 2.3.5 DV海谱模型38-39
• 2.3.6 Apel海谱模型39-40
• 2.3.7 NRL海谱模型40-41
• 2.3.8 JONSWAP海谱模型41-42
• 2.3.9 文氏谱模型42-43
• 2.4 几种经典的方向分布函数43-47
• 2.4.1 方向谱的定义44
• 2.4.2 Hwang和Ewans分布函数44-45
• 2.4.3 Hasselmann和Mitsuyasu分布函数45-46
• 2.4.4 光易型方向分布函数46
• 2.4.5 文氏方向谱46-47
• 2.4.6 Donelan方向分布函数47
• 2.5 本章小结47-49
• 3 基于文氏改进谱的Monte Carlo法海面建模49-66
• 3.1 引言49
• 3.2 海面建模的基本方法49-51
• 3.3 二维海面建模中方向分布函数的实验对比51-56
• 3.4 二维粗糙海面建模的Monte Carlo方法56-58
• 3.5 JONSWAP谱与文氏改进谱的Monte Carlo法二维海面建模实验对比58-65
• 3.6 本章小结65-66
• 4 基于文氏改进谱二维随机粗糙海面的电磁散射计算66-82
• 4.1 引言66-67
• 4.2 粗糙海面电磁散射计算方法的发展67-77
• 4.2.1 粗糙海面电磁散射计算的数值模拟方法67-68
• 4.2.2 粗糙海面电磁散射计算的解析近似方法68-77
• 4.2.2.1 IEM法68-69
• 4.2.2.2 KA法69-71
• 4.2.2.3 SPM法71-72
• 4.2.2.4 TSM法72-75
• 4.2.2.5 SSA法75-76
• 4.2.2.6 其他方法76-77
• 4.3 基于文氏改进谱二维随机粗糙海面电磁散射近似计算方法的改进77-81
• 4.4 本章小结81-82
• 5 电磁散射理论计算与均值散射模型的对比82-96
• 5.1 引言82
• 5.2 海杂波的均值散射系数模型发展82-83
• 5.3 几种经典的海面后向散射系数的半经验模型83-88
• 5.3.1 GIT模型84-85
• 5.3.2 NRL模型85-86
• 5.3.3 TSC模型86-87
• 5.3.4 HYB模型87-88
• 5.4 电磁散射理论计算与半经验模型的对比研究88-95
• 5.5 本章小结95-96
• 6 电磁散射理论计算与实测数据的对比96-100
• 6.1 引言96
• 6.2 实验对比结果及分析96-99
• 6.3 本章小结99-100
• 7 总结与展望100-102
• 7.1 总结100-101
• 7.2 展望101-102
• 参考文献102-112
• 致谢112-114
• 个人简历与参与的科研项目114-115
• 在学期间科研工作内容与发表的学术论文115

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