动态海面及其上方目标的电磁散射建模与回波特性分析

发布时间：2017-10-01 08:28

  本文关键词：动态海面及其上方目标的电磁散射建模与回波特性分析

  更多相关文章： 电磁散射 动态海面 海杂波 多普勒频谱

【摘要】：三维动态海面及其上方目标的电磁散射计算和回波特性研究是海面电磁散射研究领域中的重点难点问题,主要表现在下述几个方面：首先海面是时变动态的,目海面的电磁散射往往都是超电大尺寸的电磁散射问题,从而导致三维动态海面的电磁散射回波计算最很大,因此仅仅针对海面的电磁散射就已经成为计算电磁学·l,的难点问题。其次,当运动目标处于动态运动的海面上方时,其电磁散射回波为目标与海面相互作用后的散射回波,目标与海面之间耦合的电磁建模也是研究中的难点问题。最后,不论是对海杂波特性的研究还是对处于海背景下目标电磁回波的特性研究,由于海面的随机性,若想获得其统计特性往往需要大量样本的计算,增加了研究的计算成本和复杂度。本文按照由动态海面几何建模到电磁散射计算最后进行回波特性分析的逻辑顺序系统地研究了三维动态海面及其上方目标的电磁散射计算和回波特性,分析了动态海面电磁散射回波的多普勒频谱特性,海杂波分布及混沌特性,并探讨了动态海面与目标回波的多普勒频谱,以及目标处于海背景时的成像问题。本文的主要研究工作从下述几个方面展开：1.针对大型海面在大入射角度的电磁散射问题,将多层快速多极子这一精确的数值计算方法引入到对大入射角度下三维动态海面的电磁散射研究中。采用准静态方法来模拟高频地波雷达体制下三维动态海面的多普勒回波特性和X波段破浪的多普勒回波特性。2.从目标在海面上运动时的电磁散射问题出发,采用高低频混合方法研究了三维目标与海面的复合电磁散射问题,为使该算法更具实用性,通过远场近似和继承迭代的技术来对其加速,使得该算法在不增加计算量的前提下极大地节省了电磁散射计算时间,从而利用该方法实现了对三维动态海面上方动态低空飞行目标的电磁散射回波计算,并对其多普勒回波频谱进行分析。3.建立了对动态海面的电磁散射回波特性研究的框架,并通过三个方面：海杂波的频谱特性,海杂波的分布特性,海杂波的混沌特性等系统地研究了海杂波的特性。通过该框架仿真了不同频段的海杂波分布特性,发现韦伯分布更适合描述高频地波雷达回波的海杂波。通过对海杂波混沌特性的研究,证明了海杂波具有正的最大Lyapunov指数,验证了其混沌特性。4.在目标SAR成像问题的研究中,本文将海面与目标做了一体化的电磁敞射计算,仿真了SAR成像中目标处于海面背景时的场景,计及了海杂波对雷达回波的贡献并考虑了海杂波对目标成像质量的影响。在成像算法的研究中,木文将基于压缩感知的算法引入到对处于复杂场景下的目标成像研究中,在不影响成像质量的前提下极大的节约了电磁仿真在频点和角度上所需要的数据量。
【关键词】：电磁散射 动态海面 海杂波 多普勒频谱
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P714;TN011
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-23
• 1.1 研究背景及意义12-14
• 1.2 研究历史与现状14-20
• 1.2.1 随机海面电磁散射研究14-16
• 1.2.2 粗糙面与目标的研究16-17
• 1.2.3 动态海面回波分析17-19
• 1.2.4 海背景下目标成像19-20
• 1.3 本文主要创新点和结构20-23
• 1.3.1 主要创新点20-21
• 1.3.2 本文结构21-23
• 第二章 动态海面几何建模和介质特性23-37
• 2.1 引言23-24
• 2.2 风驱海面24-29
• 2.2.1 海况描述24
• 2.2.2 海浪谱24-26
• 2.2.3 动态海面生成26-29
• 2.3 破碎波29-31
• 2.4 潜艇尾迹31-34
• 2.5 海水的介电常数34-36
• 2.6 本章小结36-37
• 第三章 动态海面回波的多普勒频谱仿真与分析37-63
• 3.1 引言37-38
• 3.2 海面电磁散射基本概念38-41
• 3.2.1 雷达散射截面与散射系数38-39
• 3.2.2 电场表面积分方程39-41
• 3.3 海面电磁散射的MLFMA41-47
• 3.3.1 矩量法原理41-43
• 3.3.2 多层快速多极子43-47
• 3.4 海面散射的处理问题47-53
• 3.4.1 海而儿何截断与锥形波47-49
• 3.4.2 阻抗加载技术49-50
• 3.4.3 锥形波与阻抗边界的组合50-51
• 3.4.4 PM海面的电磁散射51-53
• 3.5 动态海面多普勒频谱53-62
• 3.5.1 准静态方法53-54
• 3.5.2 高频地波雷达回波特性54-57
• 3.5.3 破波的多普勒频谱57-62
• 3.6 本章小结62-63
• 第四章 动态海面及其上方目标复合电磁散射及多普勒频谱63-80
• 4.1 引言63
• 4.2 复合电磁散射模型63-65
• 4.2.1 组合目标耦合迭代模型63-65
• 4.2.2 收敛判定65
• 4.3 海况下的耦合迭代算法65-69
• 4.3.1 基尔霍夫近似条件66-67
• 4.3.2 PO+MLFMA67
• 4.3.3 复合目标电磁散射算例67-69
• 4.4 加速迭代的方法69-73
• 4.4.1 快速远场近似69-71
• 4.4.2 耦合区域的选取71
• 4.4.3 继承迭代71-73
• 4.5 动态复合目标的Doppler频谱73-78
• 4.5.1 目标的Doppler频谱74
• 4.5.2 数值仿真结果与分析74-78
• 4.6 本章小结78-80
• 第五章 海杂波的经验模型和统计特性80-98
• 5.1 引言80-81
• 5.2 海杂波的经验模型81-86
• 5.2.1 GIT模型81-83
• 5.2.2 TSC模型83-85
• 5.2.3 NRL模型85-86
• 5.3 海杂波的分布特性86-92
• 5.3.1 常见海杂波的分布87-88
• 5.3.2 K-S统计检验88-89
• 5.3.3 海杂波分布算例89-92
• 5.4 海杂波混沌特性分析92-97
• 5.4.1 相空间重构93
• 5.4.2 嵌入维和关联维93-94
• 5.4.3 最大Lyapunov指数94-95
• 5.4.4 动态海面的混沌特性分析95-97
• 5.5 本章小结97-98
• 第六章 复杂海背景下的目标成像98-114
• 6.1 引言98-99
• 6.2 海面的SAR成像99-102
• 6.2.1 海面散射强度空间分布与SAR成像99-100
• 6.2.2 潜艇内波的SAR成像100-102
• 6.3 复杂海背景下目标的成像102-113
• 6.3.1 距离-多普勒成像102-105
• 6.3.2 复杂海背景下舰船的SAR成像105-107
• 6.3.3 基于压缩感知的成像107-113
• 6.4 本章小结113-114
• 第七章 总结及展望114-116
• 7.1 全文总结114-115
• 7.2 下一步研究工作的展望115-116
• 致谢116-117
• 参考文献117-126
• 作者攻博期间取得的成果126-128
• 个人简历128

，

本文编号：952430