薛谦忠[1]2000年在《粗糙面波束散射研究及其应用》文中研究说明本文分析研究了粗糙面波束散射的特性，内容包括理论研究和工程应用，其主要工作如下： 1．基于波谱展开方法和基尔霍夫近似理论研究了三维高斯波束被粗糙面的散射特 性。导出了非相干散射截面的理论公式，数值分析了波束参数、粗糙面的介电 性质和极化特性对散射截面的影响。 2．利用波束模拟的方法研究了高斯宽波束被理想导体粗糙面的散射特性。结果表 明波束模拟的方法与矩量法计算的结果符合的很好。并分析指出了利用模拟方 法的计算结果的精度与粗糙面的统计参数、子波束个数和极化特性的依赖关系。 3．基于统计微扰理论研究了低掠射角时具有诺曼边界条件的粗糙面的散射特性， 导出了非相干散射截面与掠射角的关系。在平面波入射时，非相干散射截面与 入射方向和散射方向的掠射角的平方成正比，后向散射截面与略入射角的四次 方成正比；在有限宽波束入射时，非相干散射截面与波束宽度有关，当波束的 宽度很大时，非相干散射截面与平面波入射时相同；当束宽很小时，非相干散 射截面趋于常数。 4．研究了激光引信光束对复杂目标在近场交会过程的散射特性。根据有关测量数 据，提出了激光引信的发射波束的理论模型；结合粗糙面的散射特性，导出了 面元散射功率方程；给出了激光引信光束对复杂目标在近场交会过程的散射特 性计算方法，并以F16飞机为例，通过几何建模、消隐，计算了目标不同姿态、 不同脱靶量和不同脱靶方位角时，弹目交会过程激光引信接收系统的接收功率。
陈辉[2]2004年在《粗糙物体高斯波束散射及在激光一维距离成像中的应用》文中提出粗糙物体高斯波束散射特性研究在国防军事及民用领域具有显著的学术价值和广泛的应用背景。本文较系统研究了高斯波束入射粗糙面及粗糙物体时的频域和时域散射特性，讨论了激光一维距离成像仿真中的若干问题，其主要工作和成果如下： 1．从粗糙面散射基尔霍夫标量近似理论出发，结合波束角谱展开法，推导出二维随机粗糙介质面高斯波束相干散射截面计算公式，并从理论上证明当束腰半径趋于无穷时波束散射结果可退化到平面波情况。数值分析了波束参数、粗糙面介电性质和极化特性对散射系数的影响。 2．采用平面波谱展开法和物理光学近似，从理论上推导出傍轴高斯波束对任意形状电大尺寸粗糙物体的相干与非相干雷达散射截面理论计算公式。计算并分析典型物体的波束散射特性，考察了波束参数、粗糙度及介质电参数对激光雷达散射截面的影响。 3．研究了脉冲平面波和脉冲波束对二维随机粗糙介质表面的散射特性。基于脉冲波时域散射基本理论及粗糙面散射基尔霍夫近似，获得双频互相干函数及窄脉冲入射下的散射回波功率，分析表明粗糙面均方根高度是影响脉冲平面波散射的主要因素；将高斯波束粗糙面散射的频域结果推广到时域，获得了与平面波入射时相似的结果，并分析了束腰半径变化对计算结果的影响。 4．根据Ishimaru脉冲波散射理论及波束粗糙物体频域散射结果，推导出窄脉冲近似下的双频互相干函数和脉冲响应解析表达式，其相干分量可以直接表示成频域函数与频差函数或时域传输函数的乘积，并分析了束腰半径对双频互相干函数和脉冲响应的影响。在假设物体运动速度远小于光速，且脉冲分辨单元小于物体尺寸的前提下，得到运动物体的脉冲散射回波公式，该式表明窄脉冲照射下运动物体回波在时间轴上会产生平移，并伴随脉冲展宽与压缩效应。 5．研究了粗糙物体波束散射在激光一维距离成像仿真中的应用。根据脉冲波散射理论及任意形状电大尺寸粗糙目标高斯波束散射解，得到目标激光后向散射回波功率即一维距离像计算表达式。在窄脉冲入射条件下，考虑工程实际应用，获得相应的脉冲激光雷达方程。数值仿真计算了朗伯板、球、圆锥和坦克径向一维距离像，分析了脉冲宽度、波束参数及目标几何形状等因素对激光目标散射成像的影响。
郭立新, 徐燕, 吴振森[3]2005年在《分形粗糙海面高斯波束散射特性模拟》文中研究指明利用波束模拟法研究了高斯波束入射下一维分形粗糙海面的电磁散射 .通过与传统的矩量法计算进行比较 ,避免了矩量法在数值计算时因计算机内存限制而遇到的困难 ,分析了波束模拟法处理粗糙面散射问题的有效性 ,讨论了计算精度与子波束数目、极化特性和分维的关系 .
麻军[4]2009年在《矩量法及其并行计算在粗糙面和目标电磁散射中的应用》文中进行了进一步梳理本论文就矩量法及其并行计算方法在粗糙面以及复杂目标的电磁散射中的应用开展了系统的理论研究工作。利用矩量法及其并行计算方法研究了一维、二维粗糙面,三维复杂目标电磁散射特性以及一维粗糙面与二维目标的复合电磁散射特性。主要工作如下:1.基于矩量法的基本原理和并行计算的基本知识,给出了求解矩量法矩阵方程的共轭梯度法的相关理论,并对基于PC集群MPI平台的并行共轭梯度法的具体的实施过程进行了详细说明。2.利用矩量法求解了一维导体/介质粗糙面的电磁散射问题,将矩量法计算粗糙面电磁散射中常用的锥形波引入到传统的基尔霍夫近似中,同时考虑遮蔽效应,对传统的基尔霍夫近似进行修正,使其计算精度提高。利用PC集群MPI并行平台研究了电磁波掠入射时,一维大尺度高斯导体粗糙面的电磁散射特性。3.基于对复杂三维目标的剖分以及矩量法常用的三维矢量基函数-RWG三角基函数的相关理论,详细给出了计算三维导体目标散射的三种积分方程:电场积分方程、磁场积分方程和混合积分方程的矩量法离散过程,着重讨论了奇异点的处理方法,利用这三种积分方程计算了导体球的雷达散射截面,讨论了三种积分方程的各自特点。基于PC集群MPI并行平台计算了实际军事目标,导弹和飞机的雷达散射截面,并与商用软件的计算结果进行了对比。4.将有限脉冲响应滤波器理论与快速Fourier变换相结合,模拟了二维导体高斯粗糙面,讨论了粗糙度参数对粗糙面轮廓的影响。给出了计算二维粗糙面散射的高斯波束的理论。对利用PC集群MPI平台的并行矩量法求解二维导体高斯粗糙面散射问题的方法进行了研究,利用波束分解的方法,与并行矩量法相结合,给出了计算更大尺寸粗糙面电磁散射的方法,并进行了相关数值计算。5.利用矩量法研究了电磁波垂直极化入射时,一维介质海面与其上方低飞导弹目标,以及漂浮舰船目标的复合电磁散射特性,详细讨论了各个参数对复合散射特性的影响,并利用PC集群MPI并行矩量法研究了电磁波掠入射时,一维大尺度导体粗糙面及其上方无限长导体圆柱目标的复合电磁散射特性,得出了一系列重要的结论。
杨爽[5]2009年在《激光雷达随机分布体目标散射特性的理论研究》文中研究表明激光雷达在国防和民用领域具有广泛的应用背景,激光雷达随机粗糙目标散射的研究在近年来越来越受到人们的重视。本文从理论上对随机粗糙球体的高斯波散射特性展开研究。论文简要介绍了随机粗糙面散射的研究意义和国内外的研究进展,论述了粗糙面散射研究的重要性。论文采用平面波谱展开和Kirchhoff近似,并利用远场近似和稳相法从理论上推导出了高斯波束对随机粗糙球体的散射场积分表达式,以及相干散射截面和非相干散射截面的积分表达式。并数值计算了波长λ= 1.06μm高斯波束对随机粗糙铝球和涂漆球的散射场以及相干散射截面和非相干散射截面。根据计算结果分析了入射高斯波束半径、极化状态和球体表面粗糙度对于随机粗糙球散射场和相干散射截面、非相干散射截面的影响。
王运华[6]2006年在《海面及其与上方简单目标的复合电磁散射研究》文中研究指明本文根据复杂背景中电磁波散射理论及相互作用原理，研究了粗糙海面和典型目标的电磁散射特性，主要包括一维、二维改进分形海面模型的电磁散射、非高斯海面电磁散射、海杂波多普勒谱、多个目标复合电磁散射及目标与海面复合电磁散射的研究。主要工作如下： 第一，对传统的一维、二维分形模型进行了改进。改进分形海面的表面轮廓谱函数在空间波数小于和大于基波波数的情况下分别满足正幂率谱和负幂率谱的形式。通过比较可以发现，改进分形海面模型的表面谱函数及相关函数能更好地同有关文献中的结果相吻合。同时，应用基尔霍夫近似推导并数值计算了改进模型的散射系数和散射强度系数。 第二，基于海浪水平及垂直方向上的不对称性，应用修正双尺度模型研究了非高斯海面的电磁散射特性。修正模型的公式中，在经典一阶微扰散射系数上增加了一个附加项，它与非高斯海面的双谱函数成正比，该项反映了海面后向散射系数在逆风和顺风向上观测结果的不对称性。在修正模型是还考虑了遮蔽效应、曲率效应等因素对散射结果的影响。 第三，应用小斜率近似研究了非高斯海面的电磁散射特性，在求解过程中考虑了三阶和四阶统参量对散射系数的影响。并在高频条件下，将小斜率近似方法和几何光学近似方法进行了统一。 第四，基于二维线性海面模型及粗糙面电磁散射的一阶小斜率近似(SSA-1)，推导并得到了海面回波信号多普勒谱的频移公式；在粗糙面双尺度模型的基础上，根据多普勒谱频移产生的物理机理，分析给出了海面散射回波多普勒谱宽的理论公式。将理论公式计算所得结果与模拟结果及实测数据进行了比较，讨论了风速、入射波频率及入射角等因素对多普勒频移及展宽的影响。通过比较可以发现，本文给出的理论公式可以对实测结果进行一定程度的预测。 第五，结合表面等效电磁流法将互易性定理在求解两个目标耦合散射场中的应用进行了改进。通常目标对入射波的一阶散射结果容易求解，但由于耦合效应的复杂性，很难给出二阶散射结果的解析形式。本文应用互易性定理给出了求解任意相邻导体／介质目标二次耦合电磁散射场的公式，并利用表面等效电磁流法将求解散射场公式中的体积分简化为面积分的形式，降低了求解难度；另外，还推导给出了目标二次耦合散射场之间的关系。 第六，结合等效电磁流法和互易性定理研究了两相邻无限长圆柱、圆球等目标的复合电磁散射特征，并将此方法推广应用到多目标复合电磁散射问题中，而且将计算结果与时域积分方程方法所得计算结果进行了比较。第七，将数值算法(MOM、MOMI)和互易性定理相结合求解了介质平面及导体海面与其上方二维目标的复合电磁散射问题，结果表明本文方法求解目标与粗糙(平)面复合散射场的效率远高于矩量法计算效率。另外，结合物理光学法、Mie理论和互易性定理研究了粗糙海面与其上方三维简单目标(平板、圆球)的复合电磁散射问题，同时对散射场的多普勒谱特性进行了详细分析和讨论。
陈辉, 吴振森, 白璐[7]2005年在《任意形状凸粗糙物体高斯光束相干散射研究》文中指出研究了任意形状凸粗糙物体对高斯光束的相干散射特性。由平面波谱展开法推导出粗糙面高斯波束散射场表达式,并根据物理光学近似和稳相法原理得到相干散射截面的理论公式。与平面波解不同的是,在公式中引入了波束因子这一表征波束作用的重要参量,该参量与束腰半径、束腰中心与物体中心距离和物体照射面积以及入射、散射方向有关。最后数值计算了1.06μm激光波束对粗糙球的散射,分析了波束因子,介电常量和极化状态对红外激光相干散射截面的影响,重点讨论了波束因子的变化规律。分析表明,当波束半径远大于物体尺寸时,波束入射的结果可退化到平面波情况。
苏翔[8]2016年在《多尺度海面电磁散射特性建模与测量研究》文中研究指明海面电磁散射特性研究在海洋遥感,雷达探测,目标识别等领域具有重要意义,为反演海洋参数,提高雷达工作性能,改良目标识别算法提供重要的理论支撑和指导作用。海面回波与海情、海况、雷达系统参数以及探测条件等紧密相关,具有非高斯、非平稳、空间分布复杂、随机多变的特点。因此,有关地海面电磁散射特性,尤其是小擦地角高分辨率下海面的后向回波特性的研究一直是极具挑战性的课题。本论文主要基于海面散射模拟试验和电磁学理论建立海面散射模型,建模过程中使用了积分方程法、波束分解法和小斜率近似方法,对海面后向散射的幅度特性和多普勒谱特性进行了研究。论文的主要工作和成果如下:1.从几何上证明了对海面波长和有义波高的缩比,可以等效为高海情和低海情间的缩比关系。通过模拟计算论证了不同频段下海面介电常数差异带来的后向散射系数误差。使用基尔霍夫近似和微扰法证明了粗糙表面后向散射系数满足缩比关系。基于几何缩比和电磁缩比理论,证明了在造波池中模拟中高海情海面后向散射的可行性。将造波池测量结果与暗室定标结果相结合,获得小擦地角不同频段、不同极化和不同海情海面的后向散射系数。2.当使用积分方程法数值研究小擦地角下海面散射特性时,计算所需未知量数目巨大,稀疏矩阵规范网格法将阻抗矩阵分解为稀疏的强相互作用矩阵和具有平移不变性的弱相互作用矩阵。并分别推导了 HH极化和VV极化入射下弱相互作用矩阵的3阶泰勒展开式,从而有效地提高了迭代解法的收敛速度。利用海面上不同距离两点间的相关性和格林函数在介质中的快速衰减特性,将稀疏矩阵规范网格法与物理双网格法相结合,简化介质海面散射计算的未知量数目,实现了小擦地角下大区域海面散射特性的数值求解。将数值计算结果与造波池模拟结果对比,验证了方法的正确性。3.将稀疏矩阵规范网格法用于二维介质积分方程的加速求解,推导了弱相互作用矩阵的5阶泰勒展开,从而实现了二维介质海面的数值求解。在一维波束分解的基础上提出了一种基于高斯波束的二维子波束分解方法。分别将一维和二维子波束分解方法与一维和二维数值积分方程法相结合,计算一维和二维海面的后向散射特性,验证了一维和二维子波束分解的正确性,从而为基于波束分解的海面分区并行计算提供理论基础。4.使用数值积分方程方法研究不同极化不同入射角下一维线性与非线性时变海面的多普勒谱特性。由于二维介质积分方程受内存和计算时间的限制,使用二阶小斜率近似方法研究二维时变海面的多普勒谱特性。并研究了频率、极化、风速、风向、入射角对非线性海面多普勒谱特性的影响。研究结果表明,非线性作用会使得多普勒谱展宽,且非线性作用在一维海面中表现得比二维海面更显著。建立了含洋流的海面模型,并基于二阶小斜率方法计算了洋流海面的多普勒谱特性,并研究了不同海面和电磁参数下含洋流海面多普勒谱的变化,发现在参数相同的条件下,洋流的引入会导致多普勒谱产生显著的展宽。5.建立了基于双层植被的CUDA并行模型,利用寄存器快速存取,共享内存并行求和,异步传输,并行随机数生成和异构运算,不断对模型进行优化处理,充分释放CUDA架构GPU在大规模并行计算上的优势,实现地表植被后向散射的高性能计算。利用并行快速傅里叶变换(FFT)和谱域海面分区计算实现海表面并行建模。通过分块计算矩阵向量乘积,实现并行双共轭梯度法,从而提高了基于积分方程的海面后向散射计算效率。
王安琪[9]2013年在《粗糙面及其与目标复合电磁散射的矩量法研究》文中认为本论文采用矩量法(Method of Moment, MOM)深入系统地研究了粗糙面及其与目标的复合电磁散射特性。将多区域分解技术引入到一维理想导体粗糙面及其与上方二维理想导体目标复合电磁散射的快速求解中，并基于非均匀有理B样条(Non_Uniform Rational B-Spline, NURBS)曲面建模方式，研究了二维高斯粗糙面的电磁散射特性。论文的主要工作如下1、针对一维单层粗糙面和一维多层粗糙面电磁散射MOM研究的特点，及其与二维目标复合电磁散射的共通性，给出了一维粗糙面及其与二维目标复合电磁散射MOM研究的系统性理论。2、为克服电磁波低掠角入射下因模拟粗糙面尺寸过长而导致的未知量个数较多，MOM无法使用的缺陷，基于消息传递接口(Message Passing Interface, MPI)，采用并行FMM分析了低掠角入射下一维粗糙面及其与二维目标的复合电磁散射特性。3、将多区域分解技术引入到一维理想导体粗糙面及其与上方目标复合电磁散射的快速求解中，详细给出了粗糙面分区的基本原则。4、将NURBS曲面建模技术引入到二维粗糙面的几何建模中，详细给出了MOM-NURBS即基于NURBS曲面建模采用定义在NURBS曲面片上的屋顶(roof-top)基函数和刀刃型(razor-blade)权函数求解电场积分方程(Electric FieldIntegral Equation, EFIE)的详细过程，并基于NURBS曲面建模，结合并行MOM技术研究了二维理想导体高斯粗糙面的双站电磁散射特性。5、基于修正勒让德多项式的高阶矢量基函数，采用高阶MOM研究了二维粗糙面的双站电磁散射特性，并根据阻抗矩阵元素的特点给出了离散所得阻抗矩阵优化填充的详细方案及其优势，同时将奇点消去法用于奇异性阻抗矩阵的近似处理中。
罗龙刚[10]2014年在《目标窄脉冲激光散射与距离多普勒成像研究》文中提出通过激光距离多普勒成像技术可以获得目标的微运动信息，是目标特性研究的重要内容，对激光雷达目标识别研究具有重要的应用价值。本文基于脉冲波束散射理论和多普勒效应研究了运动目标激光多普勒成像问题。1.结合激光雷达散射截面及目标表面双向反射分布函数，介绍了几种常用BRDF模型，基于柱坐标系的凸回转体激光雷达散射截面解析计算方法，数值分析了球和椭球的激光雷达散射截面随散射角的变化关系。2.依据粗糙物体激光脉冲波散射理论，推导了二维粗糙面的脉冲波束散射和粗糙面散射双频互相干函数的表达式，并分析了双频互相干函数在不同相关长度及均方根高度时随入射频差和散射角的变化，计算粗糙球的散射函数随激光入射角和散射频差的变化。3.推导了运动目标的激光雷达回波功率方程表达式，又推导了粗糙面平动所产生的多普勒频移与平动速度、入射波长的关系表达式。分析了平动多普勒频移与观察平面偏离目标的位移和运动速度成正比，与波长和观察点到目标中心距离成反比。4.分析了运动粗糙物体的激光多普勒散射特性，推导了多普勒频移的表达式，建立了转动凸回转体后向功率谱分析模型，仿真计算了圆锥、圆柱、球及锥球组合体目标的后向散射功率谱。分析了转动圆锥，球类目标的激光距离多普勒谱随脉冲的变化。仿真了钝头锥的激光距离多普勒像，并模拟了其各帧距离多普勒像。
参考文献：
[1]. 粗糙面波束散射研究及其应用[D]. 薛谦忠. 西安电子科技大学. 2000
[2]. 粗糙物体高斯波束散射及在激光一维距离成像中的应用[D]. 陈辉. 西安电子科技大学. 2004
[3]. 分形粗糙海面高斯波束散射特性模拟[J]. 郭立新, 徐燕, 吴振森. 电子学报. 2005
[4]. 矩量法及其并行计算在粗糙面和目标电磁散射中的应用[D]. 麻军. 西安电子科技大学. 2009
[5]. 激光雷达随机分布体目标散射特性的理论研究[D]. 杨爽. 黑龙江大学. 2009
[6]. 海面及其与上方简单目标的复合电磁散射研究[D]. 王运华. 西安电子科技大学. 2006
[7]. 任意形状凸粗糙物体高斯光束相干散射研究[J]. 陈辉, 吴振森, 白璐. 光学学报. 2005
[8]. 多尺度海面电磁散射特性建模与测量研究[D]. 苏翔. 西安电子科技大学. 2016
[9]. 粗糙面及其与目标复合电磁散射的矩量法研究[D]. 王安琪. 西安电子科技大学. 2013
[10]. 目标窄脉冲激光散射与距离多普勒成像研究[D]. 罗龙刚. 西安电子科技大学. 2014
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