自然界中的地面和海面都可以近似模擬為滿足某種特定的概率密度分布函數(shù)的隨機(jī)粗糙面。但是自然界中的環(huán)境往往非常復(fù)雜。自然界中有雙層介質(zhì)粗糙面,比如雪層覆蓋的土壤、草地、有植被覆蓋的土地等等,也有三層或更多層的粗糙面。通過研究分層粗糙面的電磁散射特性,可以探測和識別粗糙地表下方相關(guān)的掩埋物、研究復(fù)雜的的地海背景環(huán)境散射等等。毋庸置疑,研究分層粗糙面的電磁散射無論是在工程領(lǐng)域還是民用領(lǐng)域都具有顯著的理論研究意義和廣泛的應(yīng)用前景。本文主要圍繞雪地的電磁散射特性展開了研究和討論,主要工作包含以下幾個(gè)方面:1.研究了粗糙面的幾何模型和電磁建模方法。首先,闡述了判斷粗糙面粗糙度的瑞利判據(jù)以及粗糙面常用的統(tǒng)計(jì)參數(shù)。并且闡述了粗糙面的蒙特卡羅模擬建模方法。其次,利用粗糙面的建模方法模擬了典型的粗糙面。最后,重點(diǎn)闡述了電磁散射的相關(guān)理論和單層粗糙面的電磁散射計(jì)算方法,包括:物理光學(xué)法、小斜率近似法。并且分析了兩種典型的粗糙面的統(tǒng)計(jì)參量對其雙站散射系數(shù)和后向散射系數(shù)的影響。2.研究了二維分層粗糙面的幾何建模和電磁散射計(jì)算方法。首先,介紹了在蒙特卡羅方法的基礎(chǔ)上二維分層粗糙面的幾何建模。其次,介紹了電磁波在二維分層粗糙面中的電磁散射與透射,并且詳細(xì)分析了電磁波二維分層粗糙面?zhèn)鞑ミ^程中的散射系數(shù)、復(fù)數(shù)散射角的相關(guān)問題。最后,建立了三種典型的二維分層粗糙面的模型并分析了其電磁散射特性。通過計(jì)算粗糙度均為0的雙層粗糙面的電磁散射證明了計(jì)算方法的有效性。并且計(jì)算了上層粗糙面下層平滑面以及兩層粗糙面的各個(gè)統(tǒng)計(jì)參量對電磁散射的影響。3.研究了雪地的電磁散射特性。首先,介紹了介電常數(shù)對散射的影響,進(jìn)而研究了不同雪類型、土壤介電常數(shù)的計(jì)算方法,分析了頻率、含水量等因素對不同雪類型、土壤介電常數(shù)的影響。其次,分析了雪地的微波特性�；陔姶挪▊鞑ミ^程中的能量變化研究了雪地的透射深度。在此基礎(chǔ)上分析了電磁波在雪地中的傳播特性,從而確定了雪地的電磁散射模型。最后,分析了雪地的各種統(tǒng)計(jì)參量對雪地電磁散射的影響,包括電磁波的極化方式、雪層的粗糙度、土壤的濕度等等。
【學(xué)位單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN011
【部分圖文】：

僅和粗糙面本身的統(tǒng)計(jì)參量有關(guān)，還和入射電磁波的波段有關(guān)系。因此，對于同一個(gè)粗糙面，當(dāng)入射波的波段不同時(shí)，粗糙面的粗糙程度并不是相同的。圖2.1 瑞利判據(jù)幾何示意圖如圖 2.1 所示，假設(shè)入射波是平面波，散射點(diǎn)為1x 、2x ，當(dāng)入射波以1 入射到1x 、2x ，并經(jīng)過折射，以2T折射出來時(shí)，入射波和散射波這兩條射線之間的相位差為： 1 2 1 2 1 2 1 2 k ( h h )(cos cos ) ( x x)(sin sin )(2-1)式(2-1)中，k 為波數(shù)。相對于參考平面來度量，1x 點(diǎn)的高度為1h ，2x 點(diǎn)相的高度為2h 。若散射是鏡像散射

類型是種類一。圖 2.3(b)中裸土的類型是種類三。(a)種類一 (b)種類三圖2.3 裸土地面的灰度圖比較圖 2.3(a)和圖 2.3(b)可以發(fā)現(xiàn)，圖 2.3(a)中的裸土地面起伏情況更“頻繁”，裸土地面更粗糙。再對比表 2.1 中各自的粗糙度，兩者的結(jié)果是相輔相成的。

在實(shí)際應(yīng)用中，該方法一般有兩種應(yīng)用形式，第一種是一階；第二種是二階近似。對于一般的粗糙面，通常使用第一種方法來計(jì)算它的散射系數(shù)。圖3.2 粗糙面的電磁散射示意圖圖 3.2 給出了電磁波照射到粗糙面時(shí)的電磁散射示意圖。圖中的數(shù)據(jù)參數(shù)為：0K為入射波，它的表達(dá)式為0 00K k q z ，0k 、0q 分別為它在 x 軸和 y 軸的投影，i 為入射角，s 為散射角，i 為入射方位角，s 為散射方位角。粗糙面每一點(diǎn)的高度表示為 z h ( r)；高度滿足 z 0條件的空間的相對介電常數(shù)為1 ，高度滿足 z 0條件的空間的相對介電常數(shù)為2 。其中 r ( x, y ) xx yy

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本文編號：2819079