【摘要】：粗糙面電磁散射及其與目標(biāo)的復(fù)合散射在海洋遙感領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛。在進(jìn)行海洋遙感探測時,我們可以將海面看成隨機(jī)粗糙面,根據(jù)海譜進(jìn)行海面仿真,從而根據(jù)相應(yīng)的電磁理論可以得到海面的后向散射系數(shù)。本文主要使用矩量法(MOM)、時域有限差分法(FDTD)以及矩量法的加速算法快速多極子算法(FMM)三種電磁場數(shù)值算法進(jìn)行了粗糙表面后向散射系數(shù)的計算,得到粗糙海面統(tǒng)計參數(shù)(例如海面均方根斜率、均方根高度)與后向散射系數(shù)的關(guān)系。由于海面風(fēng)速會影響海面的統(tǒng)計參數(shù),從而可以得出風(fēng)速與后向散射系數(shù)關(guān)系,為粗糙海面風(fēng)速反演提供一定的理論支持與依據(jù)。其次,本文還研究了海面與目標(biāo)復(fù)合電磁散射,從而為目標(biāo)探測提供一定的理論依據(jù)和參考。本文首先分析了國內(nèi)外粗糙面散射研究的幾種主流的解析算法和數(shù)值算法。然后研究了一維高斯譜隨機(jī)粗糙面建模,分析了幾種經(jīng)典的海譜,在此基礎(chǔ)上生成了幾種隨機(jī)粗糙海面。接著詳細(xì)分析了利用矩量法進(jìn)行粗糙表面電磁散射求解的方法和原理。在利用矩量法求解的過程中,分別討論了單層導(dǎo)體粗糙面電磁散射、單層介質(zhì)粗糙面散射、單層介質(zhì)粗糙面與目標(biāo)復(fù)合散射以及雙層粗糙面電磁散射,并將結(jié)果與近似方法基爾霍夫近似法(KA)進(jìn)行了比較,在各自有效應(yīng)用范圍內(nèi),計算結(jié)果吻合很好。最后,論文在詳細(xì)研究和分析時域有限差分法計算粗糙海面電磁散射的方法和原理的基礎(chǔ)上,通過編程計算了粗糙海面電磁散射。海面后向散射系數(shù)結(jié)果與矩量法比較,結(jié)果趨勢一致,驗證了本文粗糙海面后向散射系數(shù)計算結(jié)果的正確性。由于在計算大尺寸粗糙面電磁散射問題時,矩量法所需要的內(nèi)存會迅速增大,計算時間也會大大延長,效率低甚至有時無法完成計算。本文引入矩量法的加速算法-快速多極子算法,并利用其進(jìn)行詳細(xì)的粗糙海面電磁散射計算,計算結(jié)果與矩量法對比,結(jié)果符合很好。作為粗糙海面后向散射系數(shù)計算的應(yīng)用,本文在研究高度計風(fēng)速反演的發(fā)展現(xiàn)狀以及幾種經(jīng)典的高度計風(fēng)速反演算法基礎(chǔ)上,利用數(shù)值方法矩量法進(jìn)行了不同風(fēng)速下粗糙海面后向散射與風(fēng)速的關(guān)系研究,并將研究結(jié)果與當(dāng)今幾種典型風(fēng)速反演算法(大都是基于實(shí)測數(shù)據(jù)得到的經(jīng)驗?zāi)Ｊ?比較,趨勢大致一致。由此本文的研究結(jié)果可為高度計風(fēng)速反演提供一定的理論理解和依據(jù),具有實(shí)際應(yīng)用價值。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：P715.7

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本文編號：2515112