本文選題：卷浪　切入點：電磁散射　出處：《西安電子科技大學》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：海面的電磁散射研究不僅在軍事國防領(lǐng)域的雷達制導、目標探索等方面都擔當著重要的角色而且在民用等領(lǐng)域也愈加受到重視。海面的雷達回波(海雜波)通常會將利益目標的回波信息淹沒掉,所以研究復(fù)雜條件下海面散射特性有著重要的意義。本文應(yīng)用優(yōu)化加速后的迭代物理光學(IPO)法初步討論了低掠角下三維含卷浪(Overturing Wave)海面的電磁散射特性,分析了海尖峰形成機理,為三維含卷浪海面模型的建立及應(yīng)用高頻算法求解含卷浪問題提供了解決思路。本文首先對海面的基本特征參數(shù)進行了介紹,給出了幾種海譜模型并討論了由海譜反演海面的基本方法。介紹了加入風速影響的改進虛擬現(xiàn)實場景中的一維卷浪模型,該模型能夠與相同風速下風浪場海面浪高與波長統(tǒng)一,并給出了其模型的仿真結(jié)果。其次討論了高頻近似算法物理光學法(PO),分別將導體情況與介質(zhì)情況的公式進行了推導,并給出算例及驗證;然后基于物理光學法討論了處理導體與涂覆有耗介質(zhì)的腔體及角反射器散射問題的迭代物理光學法。隨后應(yīng)用IPO法處理了海面電磁散射問題,并進行了優(yōu)化處理,將迭代物理光學法的雅克比循環(huán)迭代改進為前后向(Forward Backward:FB)迭代,并引入欠松弛算法,得到帶有松弛因子的前后向迭代物理光學(FBIPO)法公式。為進一步提高其運算效率,考慮了OpenMP技術(shù),進行計算機的CPU并行加速,構(gòu)建了整體性能較高的并行方案,有效地減小了迭代過程的時間消耗。最后,討論了三維含卷浪海面模型的仿真建立,將特定風速下的三維卷浪模型前后附加PM譜生成的三維海面使之更接近實際海況,介紹了含卷浪海面模型構(gòu)建的具體思路;將前文中經(jīng)過優(yōu)化處理后的迭代物理光學法應(yīng)用到此模型中,討論了電磁波在低掠角入射下卷浪從產(chǎn)生到坍塌形態(tài)下海面的散射特性。因為卷浪形成后類似一個腔體結(jié)構(gòu),可以將其等效為一個諧振腔,應(yīng)用IPO方法處理腔體問題模式來處理海面含卷浪部分。當掠射角度逐漸減小時,卷浪的諧振腔作用越來越明顯,與卷浪形成初期的散射特性完全不同,后向回波明顯增強,并且后向回波HH極化明顯大于VV極化,出現(xiàn)海尖峰現(xiàn)象。卷浪坍塌后,破碎區(qū)域會產(chǎn)生白冠現(xiàn)象,文中將卷浪破碎后卷入空氣形成的海水與氣泡混合的海面結(jié)構(gòu)進行海水介電常數(shù)修正處理,并討論了卷浪破碎區(qū)應(yīng)用修正等效介電常數(shù)海面的散射特性。
[Abstract]:The study of electromagnetic scattering from the sea surface is not only for radar guidance in the field of military and national defense, Target exploration plays an important role and has attracted more and more attention in the field of civil affairs. Radar echo (sea clutter) on the sea surface usually inundated the echo information of the benefit target. Therefore, it is of great significance to study the scattering characteristics of sea surface under complex conditions. In this paper, the electromagnetic scattering characteristics of three dimensional sea surface with wave overhauling at low grazing angle are discussed by using the optimized accelerated iterative physical optics (IPO) method. In this paper, the formation mechanism of sea spike is analyzed, which provides a solution for the establishment of 3D sea surface model and the application of high frequency algorithm to solving the problem of wave entrainment. In this paper, the basic characteristic parameters of sea surface are introduced. In this paper, several sea spectral models are given, and the basic methods of sea surface inversion from sea spectrum are discussed. An improved one dimensional wave rolling model with wind speed effect is introduced. The model can be unified with the sea surface wave height and wavelength of the wind wave field under the same wind speed. The simulation results of the model are given. Secondly, the physical optics method of high frequency approximation algorithm is discussed, and the formulas of conductor and medium are deduced, and an example is given and verified. Then based on the physical optics method, the iterative physical optics method is discussed to deal with the scattering problem of the conductor and the cavity and angular reflector coated with lossy dielectric, and then the IPO method is used to deal with the electromagnetic scattering problem of the sea surface, and the optimization treatment is carried out. The Jacobian cycle iteration of iterative physical optics method is improved to forward backward forward: FB iteration, and an underrelaxation algorithm is introduced to obtain the formula of backward iterative physical optics FBIPO method with relaxation factor. Considering the OpenMP technology, the CPU parallel acceleration of the computer is carried out, and a parallel scheme with high overall performance is constructed, which can effectively reduce the time consumption of the iterative process. Finally, the simulation of the 3D sea surface model with rolling waves is discussed. The 3D sea surface generated by adding PM spectrum before and after the 3D wave model under specific wind speed is more close to the actual sea condition, and the concrete idea of constructing the sea surface model with rolling wave is introduced. The iterative physical optics method, which has been optimized in the previous paper, is applied to this model. The scattering characteristics of electromagnetic waves under low grazing angle are discussed, because the wave is similar to a cavity structure after it is formed. It can be equivalent to a resonator, and the IPO method is used to deal with the problem mode of the cavity to deal with the part of the sea surface with waves. When the grazing angle decreases gradually, the effect of the cavity is more and more obvious. The scattering characteristics are completely different from the initial wave formation, and the backward echo HH polarization is obviously larger than the VV polarization, and the sea spike appears. After the collapse of the wave, the white crown phenomenon will occur in the broken area. In this paper, the structure of sea surface mixed with air and sea water after wave breaking is modified, and the scattering characteristics of sea surface with modified dielectric constant in the breakup region are discussed.
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN011

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本文編號：1624281