發(fā)布時(shí)間：2018-04-30 22:31

  本文選題：高頻地波雷達(dá) + 電磁散射��； 參考：《武漢大學(xué)》2014年博士論文

【摘要】：隨著海洋在國(guó)家戰(zhàn)略中占據(jù)著越來越重要的地位,在經(jīng)濟(jì)建設(shè)與國(guó)防建設(shè)的發(fā)展中,對(duì)于近岸海洋動(dòng)力學(xué)環(huán)境的研究需求越來越緊迫。由于實(shí)時(shí)有效地對(duì)近岸海洋動(dòng)力學(xué)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè),可以為近岸海洋的生態(tài)環(huán)境提供科學(xué)的依據(jù),并能避免由于不良的海洋動(dòng)力學(xué)環(huán)境而帶來的對(duì)海岸經(jīng)濟(jì)的重大損失,因此我們迫切地需要對(duì)近岸海洋遙感技術(shù)進(jìn)行更加深入有效的研究。高頻地波雷達(dá)是超視距雷達(dá)的一種,由于其成本相對(duì)低廉且使用方便,是近幾十年發(fā)展起來的一種用于海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)的新型裝備,可對(duì)海洋環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)、全天候和超視距的大面積監(jiān)測(cè),其發(fā)展前途及研究?jī)r(jià)值均相當(dāng)可觀。世界上多個(gè)國(guó)家和地區(qū)都在高頻地波雷達(dá)上進(jìn)行了一些研究。高頻地波雷達(dá)的海態(tài)參數(shù)提取對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用有著重大意義,而電磁散射問題作為高頻地波雷達(dá)的理論基礎(chǔ),是高頻地波雷達(dá)能夠長(zhǎng)期發(fā)展的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,理論模型與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的不一致對(duì)更加深入地理解與應(yīng)用海洋遙感技術(shù)存在一定的限制,因此我們需要建立與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相吻合的理論模型,對(duì)現(xiàn)有的理論模型進(jìn)行一些補(bǔ)充與完善。本論文正是基于這樣的課題背景,就海洋粗糙表面電磁散射回波模型進(jìn)行了理論研究工作,并對(duì)海洋動(dòng)力學(xué)參數(shù)的提取以及過程中的算法處理作了一些研究。本文的主要工作如下： 1、分析了海洋表面電磁散射原理,通過對(duì)海洋表面電磁散射模型進(jìn)行建模,利用微擾法對(duì)經(jīng)典的一階散射截面方程進(jìn)行了推導(dǎo)。 2、詳細(xì)地對(duì)高階布拉格散射的規(guī)律及原理進(jìn)行了觀察及分析,并根據(jù)海洋表面電磁散射原理,對(duì)于高階布拉格散射模型進(jìn)行了建模,然后利用微擾法推導(dǎo)了電磁散射截面方程。根據(jù)入射場(chǎng)及散射場(chǎng)模型,結(jié)合Maxwell方程組,以及邊界條件對(duì)高階布拉格散射截面方程進(jìn)行了推導(dǎo)。對(duì)原有的散射模型進(jìn)行了補(bǔ)充,并對(duì)不同的雷達(dá)工作頻率下的海洋多普勒回波譜進(jìn)行了仿真和模擬。 3、在單極子／交叉環(huán)的方向圖公式和直線二元陣的方向圖公式的基礎(chǔ)上,推導(dǎo)了單極子／交叉環(huán)二元陣的方向圖公式,并對(duì)單極子／交叉環(huán)二元陣的實(shí)測(cè)雷達(dá)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行了波束形成處理,并將雷達(dá)的原始回波與單個(gè)單極子／交叉環(huán)的波束形成結(jié)果,以及與對(duì)單極子／交叉環(huán)二元陣的雷達(dá)回波進(jìn)行波束形成后得到的結(jié)果進(jìn)行了分析比較。 4、利用高頻地波雷達(dá)OSMAR-S在布拉萬臺(tái)風(fēng)期間的觀測(cè)數(shù)據(jù),對(duì)于特殊天氣情況下即臺(tái)風(fēng)天氣中的高頻地波雷達(dá)回波譜進(jìn)行了分析,對(duì)臺(tái)風(fēng)到達(dá)前,臺(tái)風(fēng)到達(dá)中以及臺(tái)風(fēng)離開后海洋的回波距離多普勒譜呈現(xiàn)出不一致性這一問題進(jìn)行了詳細(xì)的觀察與分析。
[Abstract]:As the ocean plays an increasingly important role in the national strategy, in the development of economic construction and national defense construction, the research on coastal marine dynamic environment is becoming more and more urgent. Because of the real-time and effective monitoring of the coastal marine dynamic environment, it can provide scientific basis for the coastal marine ecological environment and avoid the heavy loss to the coastal economy caused by the poor marine dynamic environment. Therefore, we urgently need to do more in-depth and effective research on coastal ocean remote sensing technology. High frequency ground wave radar is a kind of over-the-horizon radar. Because of its low cost and convenient use, it is a new type of equipment developed in recent decades for marine environment monitoring. The development and research value of all-weather and over-the-horizon monitoring are considerable. Many countries and regions in the world have carried out some research on HF ground wave radar. The extraction of sea parameters of HF ground wave radar is of great significance for practical application. Electromagnetic scattering, as the theoretical basis of HF ground wave radar, is the solid foundation for the long-term development of HF ground wave radar. With the development of science and technology, the inconsistency between the theoretical model and the measured data has some limitations on the deeper understanding and application of marine remote sensing technology, so we need to establish a theoretical model consistent with the measured data. The existing theoretical models are supplemented and perfected. Based on the background of this thesis, a theoretical study on the electromagnetic scattering echo model of ocean rough surface has been carried out, and some researches have been made on the extraction of marine dynamic parameters and the algorithm processing in the process. The main work of this paper is as follows: 1. The principle of ocean surface electromagnetic scattering is analyzed, and the classical first-order scattering cross-section equation is derived by using perturbation method. 2. The law and principle of high order Bragg scattering are observed and analyzed in detail. According to the electromagnetic scattering principle of ocean surface, the model of high order Bragg scattering is modeled, and then the equation of electromagnetic scattering cross section is derived by using perturbation method. According to the incident field and scattering field model, combined with Maxwell equations and boundary conditions, the high-order Bragg scattering cross-section equation is derived. The original scattering model is supplemented, and the ocean Doppler echo spectra under different radar operating frequencies are simulated and simulated. 3. On the basis of the unipole / cross ring pattern formula and the linear binary matrix direction diagram formula, the unipole / cross ring binary matrix pattern formula is derived. The beamforming data of the monopole / cross loop binary array are processed, and the results of the original radar echo and the single monopole / cross loop beamforming are given. The results obtained by beamforming of radar echo of monopole / cross loop binary array are analyzed and compared. 4. Based on the observation data of HF ground wave radar (OSMAR-S) during Typhoon Brawan, the echo spectrum of HF ground wave radar in typhoon weather is analyzed under special weather conditions, and before the arrival of Typhoon, The inconsistency of echo range Doppler spectrum in typhoon arrival and after typhoon departure is observed and analyzed in detail.
【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TN958.93

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本文編號(hào)：1826540