本文關(guān)鍵詞： 雷達(dá)散射截面 隨機(jī)粗糙面 小斜率算法 譜模型 地貌海面　出處：《東南大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：電磁散射是物質(zhì)和電磁波相互作用后在外空間產(chǎn)生的宏觀現(xiàn)象,依據(jù)電磁基本原理、結(jié)合目標(biāo)特征推導(dǎo)出適合的算法,求解出目標(biāo)物的回波信號(hào),并提取關(guān)鍵信息,目前已經(jīng)成為信息化作戰(zhàn)和海況農(nóng)情監(jiān)測(cè)等軍民領(lǐng)域的迫切需求。在軍事領(lǐng)域中,武器裝備大多數(shù)以自然環(huán)境作為背景,而地表和海洋是最多樣的背景,其復(fù)雜性體現(xiàn)在附著物、形狀輪廓、洋流涌浪等。本文重點(diǎn)研究電磁近似算法,經(jīng)典理論包括基爾霍夫近似和微擾法,但兩者適用范圍較窄,需要進(jìn)一步修正或者擴(kuò)展。在此基礎(chǔ)上,深入研究統(tǒng)一理論中的小斜率近似算法(SSA),主要工作是借同鑒基爾霍夫法和積分方程法相似部分的數(shù)學(xué)推導(dǎo),將原本和表面高度、計(jì)算區(qū)域相關(guān)的積分項(xiàng)變?yōu)榻y(tǒng)計(jì)譜模型的解析公式,提高了運(yùn)算速度,降低了實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。由于自然表面的豐富多樣性,依據(jù)常用的單尺度高斯譜和指數(shù)譜,進(jìn)行了多尺度的擴(kuò)展和混合,提出了幾種新的綜合譜模型。在模型具備情況下,研究了常見(jiàn)地物的介電特性和有效海譜模型,將電磁散射技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際的地海粗糙面中,給出了土壤、路面、風(fēng)驅(qū)海洋的電磁散射數(shù)據(jù)。本文的主要貢獻(xiàn)包括以下三個(gè)方面。1.深入分析了基爾霍夫近似和微擾法兩種經(jīng)典算法,給出了它們的適用范圍、求解原理和散射系數(shù)公式,并進(jìn)行了遮蔽修正。隨后擴(kuò)展到了雙尺度法和積分方程法。2.重點(diǎn)研究了小斜率近似法,該算法適用角度廣,限制條件少,通過(guò)保留展開(kāi)項(xiàng)中的階數(shù)來(lái)滿足精確度。推導(dǎo)出散射振幅的三階表達(dá)式,將得到的數(shù)據(jù)結(jié)果同矩量法進(jìn)行比對(duì),驗(yàn)證了正確性。對(duì)比了一階和三階小斜率的精確度。結(jié)合蒙特卡洛方法對(duì)粗糙面離散剖分,分析電磁散射系數(shù)同粗糙度、介電常數(shù)等關(guān)系。最后推導(dǎo)出了廣泛適用的解析表達(dá)式,給出了多尺度高斯和指數(shù)譜以及它們的混合譜模型,盡可能地逼近真實(shí)的自然表面。3.在前面的算法和譜模型基礎(chǔ)上,給出了沙粒、瀝青混凝土、雪、土壤等典型地表附著物的介電常數(shù)特征,應(yīng)用電磁散射技術(shù)求解沙土、耕地、瀝青水泥路面的散射系數(shù)。因?yàn)楹Ｑ蟮奶厥庑?單獨(dú)提出了三種海譜模型,并求解風(fēng)驅(qū)表面的電磁散射系數(shù)。
[Abstract]:Electromagnetic scattering is a macroscopic phenomenon in the outer space after the interaction of matter and electromagnetic wave. According to the basic principle of electromagnetic, the suitable algorithm is deduced according to the characteristics of the target, and the echo signal of the target is solved. Extraction of key information has become an urgent need in military and civilian fields such as information operations and sea condition monitoring. In the military field, most of the weapons and equipment take the natural environment as the background. The surface and ocean are the most diverse background, its complexity is reflected in the appendage, shape contour, ocean current surge, etc. This paper focuses on electromagnetic approximation algorithm, classical theory including Kirchhoff approximation and perturbation method. However, the scope of application of the two is relatively narrow, which needs to be further modified or expanded. On this basis, the small slope approximation algorithm in the unified theory is studied in depth. The main work is to use the mathematical derivation of the similar parts of the Kirchhoff method and the integral equation method to change the integral terms related to the original and surface height into the analytical formula of the statistical spectral model and improve the operation speed. Because of the rich diversity of the natural surface, the multiscale expansion and mixing are carried out according to the common single-scale Gao Si spectrum and exponential spectrum. In this paper, several new comprehensive spectral models are proposed. The dielectric properties of common ground objects and the effective sea spectral model are studied. The electromagnetic scattering technique is applied to the actual rough surface of the ground sea, and the soil is given. The main contributions of this paper include the following three aspects. 1. Two classical algorithms of Kirchhoff approximation and perturbation method are analyzed in depth and their application range is given. The principle and the formula of scattering coefficient are solved, and the shading correction is carried out. Then, the two-scale method and the integral equation method are extended. 2. The small slope approximation method is mainly studied. The algorithm is suitable for a wide range of angles and has few limiting conditions. The third-order expression of scattering amplitude is derived by preserving the order of the expansion term to satisfy the accuracy. The results obtained are compared with the method of moments. The accuracy of the first order and the third order small slope is compared, and the electromagnetic scattering coefficient is analyzed with the roughness of the rough surface by the Monte Carlo method. Finally, the widely applicable analytical expressions are derived, and the multiscale Gao Si and exponential spectra and their mixed spectral models are given. Based on the previous algorithms and spectral models, the dielectric constant characteristics of typical surface appendages, such as sand particles, asphalt concrete, snow, soil and so on, are given. The scattering coefficient of sand, cultivated land and asphalt cement pavement is solved by electromagnetic scattering technique. Because of the particularity of ocean, three kinds of sea spectral models are proposed separately, and the electromagnetic scattering coefficients of wind drive surface are solved.
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN011

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本文編號(hào)：1462467