地海交界分区域复合粗糙面建模及电磁散射特性研究

研究了地海交界分区域复合粗糙面的建模方法及其电磁散射特性。采用蒙特卡罗方法建立地海交界分区域复合粗糙面模型,采用高斯谱模拟实际地面,采用变浅系数与北海联合海浪计划(joint north sea wave project,JONSWAP)谱结合而成的有限水深海谱模拟实际近海海面,基于分区域复合粗糙面建模理论,运用多种加权反正切函数处理实现了线型、月牙型、峡谷型自然环境。考虑了各介质区域内部的面元耦合以及区域之间和交界处面元的耦合作用,对地海交界分区域复合粗糙面的散射问题,提出了一种基于分区域面元的迭代物理光学法,采用快速远场近似(fast far field approximation,FaFFA)与局部耦合技术加速其迭代过程。对比了陆地粗糙面、海面和地海交界分区域复合粗糙面的电磁散射特性,计算了分区域复合粗糙面的散射系数,并讨论了极化方式、入射角、边界形状、陆地粗糙面的均方根高度、相关长度和近海海面的风速对地海交界分区域复合粗糙面电磁散射特性的影响。基于迭代物理光学法所获取的分区域复合粗糙面总散射场,采用正侧视条带式成像模式,选用距离多普勒算法对不同特点的地海分区域复合粗糙面进行合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)成像,并讨论了陆地粗糙面与海面各自的相对介电常数对SAR成像的影响。该研究包括了地海交界环境的建模、电磁散射特性的求解及其SAR成像,由仿真结果得到了地海交界分区域复合粗糙面的SAR像特点,对反演地海交界环境的电磁特性以及遥感、探测具有借鉴意义。

地海交界环境与其上方双目标复合散射的混合算法研究

采用蒙特卡罗方法建立地海交界分区域复合粗糙面模型,陆地区域采用高斯谱模拟,近海海面区域采用基于变浅系数的北海海浪工程(joint North Sea wave project,JONSWAP)谱模拟;提出了基于分形理论的边界赋形方法,并运用多种反正切权函数处理实现了线型、月牙型、峡谷型和分形型边界的地海交界环境;基于矩量法和基尔霍夫近似的混合算法研究了地海交界环境与其上方双目标的复合电磁散射特性,对比了双目标分别位于两种典型环境和地海交界环境上方时的复合散射系数曲线,研究了复合散射系数随入射角、陆地区域参数、海面参数、边界形状、双目标参数及双目标类型的变化情况,并做了详细分析与讨论。结果表明该混合算法的高效性和准确性,数值仿真结果对地海交界环境上方目标的探测、遥感及成像具有借鉴意义。

地海交界分区域复合粗糙面的布儒斯特效应研究

通过随机粗糙面建模理论,研究地海交界分区域复合粗糙面的布儒斯特效应.采用蒙特卡罗方法,利用高斯谱函数模拟陆地粗糙面,利用Pierson-Moskowitz(PM)海洋谱模拟海面部分,运用加权反正切函数滤波处理以平滑交界,构建了地海交界分区域复合粗糙面的几何模型.考虑到粗糙陆地表面与海面各自内部面元的耦合作用以及区域之间和交界处面元的相互耦合,提出了一种基于地海交界分区域面元的迭代物理光学法,快速求解地海交界分区域复合粗糙面的镜向散射,分别就陆地粗糙面的均方根高度、相关长度,海面的风速、风向对其布儒斯特效应的影响进行了分析,发现了地海交界分区域复合粗糙面上的"布儒斯特融合效应",并发现陆地粗糙面的均方根高度与海面风速能够显著影响布儒斯特角的"融合"现象.本研究为探测地海交界区域的真实环境提供了理论基础,数值仿真结果对抗多径干扰、雷达目标的探测与识别、遥感信息处理具有借鉴意义.