本文關(guān)鍵詞： 粗糙面電磁散射 多區(qū)域模型 破碎波 內(nèi)波 復(fù)合散射　出處：《西安電子科技大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：本文圍繞粗糙(海)面,以及其與目標(biāo)復(fù)合電磁散射進(jìn)行研究。針對實際探測中遇到的問題進(jìn)行兩大方面的研究,即減少粗糙(海)面電磁散射的求解時間和研究實際復(fù)雜動態(tài)海面及其與目標(biāo)電磁散射特性。該研究在粗糙(海)面遙感,復(fù)雜環(huán)境預(yù)警,環(huán)境參數(shù)反演和目標(biāo)檢測與識別等領(lǐng)域有著十分重要的研究價值。論文的工作和研究成果如下：將多區(qū)域模型用于一維介質(zhì)粗糙面與上方導(dǎo)體目標(biāo)復(fù)合電磁散研究。首次將多區(qū)域模型與單積分方程矩量法相結(jié)合,不僅解決了多區(qū)域和傳統(tǒng)積分方程矩量法結(jié)合時存在無法處理的函數(shù)的問題,而且大大減小了未知量,使得電大尺寸問題可以用個人計算機(jī)解決。多區(qū)域模型根據(jù)入射波的強(qiáng)度將粗糙面分為主區(qū)域和非主區(qū)域,主區(qū)域采用傳統(tǒng)矩量法,非主區(qū)域只記和自己相鄰的主區(qū)域的耦合作用。為了驗證本文中單積分方程推導(dǎo)的正確性,將傳統(tǒng)積分方程矩量法(Method of Moment,MoM)與單積分方程(Single Integral Equation, SIE)矩量法(SIE MoM)計算的散射結(jié)果進(jìn)行了對比,結(jié)果顯示兩種方法計算結(jié)果十分吻合,驗證了單積分方程的正確性；緊接著對比了SIEMoM和多區(qū)域SIE MoM的計算時間,粗糙表面感應(yīng)電／磁流,目標(biāo)表面感應(yīng)電流以及散射系數(shù),對比結(jié)果顯示,多區(qū)域SIE MoM大幅度減小了內(nèi)存消耗和計算時間,并且在中小散射角范圍內(nèi)可以保證計算精度。將多區(qū)域模型推廣到一維介質(zhì)粗糙面及其上／下方介質(zhì)目標(biāo)復(fù)合電磁散射的研究中。介質(zhì)目標(biāo)會使得問題更加復(fù)雜,對于導(dǎo)體目標(biāo),其上感應(yīng)電流對總場的影響只需要直接添加進(jìn)積分方程中,而對于介質(zhì)目標(biāo),需要新建立一個介質(zhì)目標(biāo)內(nèi)部等效模型,也就是說在建立積分方程時需要建立三個等效模型,積分方程數(shù)量也會隨之增多,增加了推導(dǎo)的難度和復(fù)雜性。本文將多區(qū)域模型成功推廣至介質(zhì)目標(biāo)與粗糙面散射中,推導(dǎo)了介質(zhì)目標(biāo)與介質(zhì)粗糙面復(fù)合散射的單積分方程,并與傳統(tǒng)積分方程MoM結(jié)果比較,驗證SIE MoM的正確性,接著將多區(qū)域模型用在SIE MoM上,在中小散射角范圍內(nèi)可以獲得了幾乎準(zhǔn)確的結(jié)果,并且達(dá)到減少未知量,降低內(nèi)存需求,節(jié)約計算時間的目的。建立含碎浪的電大尺寸動態(tài)海面電磁散射模型,考慮破碎波對電大尺寸海面電磁散射特性的影響,對破碎波結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化,使其既能形成引起回波‘海尖峰’現(xiàn)象的強(qiáng)散射源,又能體現(xiàn)模擬HH極化散射結(jié)果大于VV極化散射結(jié)果的特性；根據(jù)實際測量的白冠覆蓋率及波浪破碎概率等,建立包含破碎波的電大尺寸海面電磁散射模型。同時對回波‘海尖峰’特性進(jìn)行分析研究,模擬小擦地角下含碎浪電大尺寸二維動態(tài)海面電磁散射回波時間序列,從其中判定‘海尖峰’出現(xiàn)的概率,分析在何種雷達(dá)參數(shù)和海面參數(shù)下‘海尖峰’現(xiàn)象更容易出現(xiàn),同時分析‘海尖峰’對時間相關(guān)函數(shù)和多普勒譜的影響。研究了內(nèi)波影響下海面電磁散射,關(guān)于內(nèi)波對散射系數(shù)和動態(tài)海面多普勒譜的影響鮮少有相關(guān)研究,作者基于Korteweg-de Vries (KdV)方程,建立內(nèi)波傳播模型；通過波流相互作用函數(shù),基于波作用量方程,對表面毛細(xì)波的波譜進(jìn)行修正；最后基于雙尺度方法的面元模型,將內(nèi)波對高頻譜的修正作用考慮在內(nèi),計算內(nèi)波的存在對大尺寸海面電磁散射特性的影響,分析了不同的內(nèi)波參數(shù),不同海況參數(shù)等對海面散射系數(shù)和多普勒的影響。提出一種更貼合海面雙尺度面元模型的四路徑方案,并計算電大尺寸海面及其上方目標(biāo)的復(fù)合電磁散射。為了保證計算效率,采用MECA與PTD相結(jié)合的方法,計算目標(biāo)散射場；本文第五章和第六章中提到的雙尺度面元模型將用來預(yù)估電大尺寸海面的電磁散射場；再結(jié)合作者提出的反射系數(shù)修正方法,在四路徑鏡向等效思想的基礎(chǔ)上,通過計算粗糙面上每個鏡向反射單元的復(fù)反射系數(shù),提出一種新的四路徑復(fù)合散射預(yù)估方法。
[Abstract]:This paper focuses on the rough (SEA) surface, and the composite electromagnetic scattering is studied. The study was performed in two aspects to meet actual detection problems, reduce rough (SEA) surface electromagnetic scattering computation time and analyze the actual complex dynamic sea and electromagnetic scattering characteristics of target. The research on rough (SEA) surface remote sensing, complex environmental warning, the field of environmental parameter inversion and target detection and recognition is a very important research value. The work and research results are as follows: the multi zone model for one-dimensional dielectric rough surface with composite electromagnetic scattering of conducting objects above research. The combination will be the first multi zone model and single integral equation Moment quantity method, not only solves the combination of multi regional and traditional integral equation method of moments when function can't handle the problem, but also greatly reduces the amount of unknown, the problem with a large size One computer to solve the multi zone model. According to the intensity of the incident wave will be divided into rough surface area and non main area, using the traditional method of moments of main areas, the main regional non coupling main areas and their adjacent note only. In order to verify the correctness of the single integral equation, the traditional integral equation of moment method (Method of Moment, MoM) and the single integral equation (Single Integral Equation, SIE) method of moments (SIE MoM) calculation of scattering results were compared, the results showed that the two methods the calculation results are in good agreement, which validates the validity of the single integral equation; then compares the calculation time of SIEMoM and multi region SIE MoM, a rough surface induction electric / magnetic flow, surface induced current and scattering coefficient, the results showed that multi regional SIE MoM greatly reduces memory consumption and computation time, and can be kept in small angle scattering Certificate of accuracy. On the composite electromagnetic scattering medium target multi region model is extended to one-dimensional dielectric rough surface and bottom. / medium target will make the problem more complicated, the conductor target, its influence on the induced current on the field only need to add directly into the integral equation, and the target for the medium, to the new a medium internal equivalent model is established in the integral equation to establish three equivalent integral equation model, the number will be increased, increasing the difficulty and complexity is derived. In this paper, multi region model successfully extended to medium target and rough surface scattering, single integral equation for dielectric objects and dielectric rough surface the composite scattering is deduced, and compared with the traditional MoM integral equation results, verify the correctness of the SIE MoM, then the multi zone model used in SIE MoM, in the small angle scattering Can get almost accurate results, and to reduce the unknown quantity, reduce the memory requirement and computation time saving. The establishment of large scale dynamic model of electromagnetic scattering with breaking waves, considering the breaking wave impact on the electromagnetic scattering characteristic of the sea, the breaking wave structure is simplified, so that it can form a strong the scattering source caused by the "sea echo peak" phenomenon, and can reflect the characteristics of the HH simulation results than VV polarization scattering polarization scattering results; according to the actual measured whitecap coverage and wave breaking probability, includes the establishment of electrically large electromagnetic scattering model of wave breaking. At the same time analysis of the echo characteristics of "sea spike" with the surf, large dynamic two-dimensional electromagnetic scattering echo time sequence simulation of small grazing angle, from which to determine the "probability of sea spike 'there, in which radar analysis The parameters and parameters of "sea sea spike" phenomenon occurs more easily at the same time, analysis of "sea spike" on time correlation function and Doppler spectrum. The wave under the influence of electromagnetic scattering is studied, there are few studies about wave effect on the scattering coefficient and dynamic sea Doppler spectrum, based on Korteweg-de Vries (KdV) equation and establish internal wave propagation model; through the wave flow interaction function, wave action equation based on spectral surface capillary waves are corrected; finally based on surface element model of two scale method, will consider the modifying effect of internal waves on high frequency spectrum, there is the estimation of wave impact on the electromagnetic scattering characteristics of the large size of the sea, analysis the internal wave parameters, effects of different parameters on the scattering coefficient of sea surface and Doppler. Put forward four path scheme two scale surface element model of a more fitting surface Composite electromagnetic scattering, and calculation of electrically large targets above the sea. In order to ensure the efficiency of computation, using MECA and PTD combination, calculation of scattering field; the fifth chapter and the sixth chapter in the electromagnetic scattering field surface element model mentioned above will be used to estimate the two scale large sea; combined with the correction method of reflection coefficient the author, based on the idea of the equivalent to four path mirror, by calculating the rough surface of each mirror to the complex reflection coefficient reflecting unit, put forward a new path four composite scattering prediction method.

【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN011

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本文編號：1553228