典型地面环境电磁散射方法对比概述

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1、典型地面环境电磁散射方法对比概述第一章绪论1.1研究背景及意义随机粗糙表面介质和导体电磁散射的理论研究已经取得了很大的成就,并且这些年在实验研究方面也有突破性的进展，引起了越来越多专家和学者的注意，这是因为在许多实际问题的研究当中都可能会遇到随机粗糙表面。在人们的日常生活当中会遇到不同性质的粗糙表面,例如比较粗糙的地面、海面，也有比较光滑的粗糙面如平静的水面、镜面等。不同类型的粗糙面有着不同的电磁波散射特性[1-2]。粗糙面上对于散射课题的探讨一直以来是比较热门的,特殊是海面、大气通信工程理论及其实际工程应用方面。比如海面上的船舶互相之间的无线通讯信号强弱与海面粗糙度是有一定关系的；在无线电

2、学和海洋学中，海水的高低海情特性可以通过雷达回波来探知；在对光学表面平整度特性进行检测时，可以用高频电磁光波去照射未知光学平板和已知光学平板所成夹角位移去判断[3]。也可以用来判定未知区域地形，得到地形分布特征等。自二十世纪五十年代以来，人们在地物目标探测、地下分层、地面附件目标和地下目标电磁散射特性的测量和研究探测领域开展了很多的工作量[4]，而且也获得了可喜的结果。二十世纪中后期以欧美为代表的发达国家陆续成功发射地球资源卫星，全面地研究了地物目标环境散射特性。到八十年代该项研究进入高潮，我们国家也在这一时间开始了理论研究和实际探测。集中探讨了粗糙面电磁散射场在地面目标识别、雷达遥感和可疑

3、目标检测的效用。对象的测量研究主要包括了自然植被、农田土壤、山石、沙漠、海水、沼泽和城市设施等典型环境地面。当前该项课题触及的波段几乎含盖了遥感所工作的波段，测试和探究的目标包含了自然领域的树木、沙土、水体、房屋、舰船和人类建筑等典型环境背景和目标。散射理论研究在微波遥感技术中起着重要作用，对遥感的重视集中在遥感的信息解译上，从大量的遥感数据中判读地面物体的性质是一种十分复杂的工作，必须要有许多基础研究相配合,以便掌握地物特性与电磁波参量之间的相关联系，选择适合的入射频率、极化方式、入射角角度和参量反演求逆。这是今后散射理论研究方面最有前途的课题。.1.2国内外发展概况及趋势散射理论的研究已

4、有五十几年的历史了,起初的参考资料是上世纪二十年代西欧科学家在学术交流刊物上发表的利用散射场的级数展开方法解决粗糙度很小的表面散射问题。六十年代研究成果垫定了散射理论的发展高度，在这一时期很多科学家应用电磁波理论研究了很多粗糙表面散射工作，但是都仅限于粗糙面的尺度与波长相比很大很大或者很小很小的情况。物理光学法和微扰近似法就是这两种普遍的代表方法。六十年代除了继续完善分析方法以外，做了大量的总结工作，1963年出版的《粗糙表面的电磁散射》及1970年发表的《粗糙表面散射方法评述》两书就是集中的代表。在地面电磁散射中，雷达波束照射到随机粗糙表面后会产生散射回波,粗糙表面的相关信息将被包含在其中

5、，例如粗糙面的均方根高度、可是单单用这几个统计参量不能够全部反映粗糙面的所有特性。到了七十年代发展了多种方法，这一时期的主要成就就是考虑了粗糙面高度变化的分布特征更接近实际情况，并着手对粗糙面的多重散射问题及近散射区的菲涅尔相干问题进行探究，建立了多层介质粗糙面模型并且进行散射透射的研究。八十年代初期，为了得到更加准确的结果，建立了任意频率下的电磁模型，并且研究了多重散射和在遮蔽效应下的结果。现在随着计算机的性能发展和数值算法的推广，使结果进一步地精确。遥感实验收集了大量的数据，而且逆散射研究在单个参量上已取得了可喜的成果。第二章随机粗糙面建模2.1随机粗糙面相关基本知识现实中生活的自然环境

6、背景，比如地面、海面、雪地、沼泽和沙漠以及各种人工表面等，完全可以算作是二维随机粗糙面。对于一个已经给出的特定二维随机粗糙表面，对于光波来讲应当表现的很粗糙，而在微波的角度上来看应当表现的很光滑，这完全是由于粗糙面模型的粗糙度是以入射电磁波波长为考量参数来比拟的。描述一个随机粗糙面模型的统计量特性除了功率谱密度以外，还有均方斜度等统计参数。而在我们所研究和计算的各种粗糙面模型当中，一维粗糙面模型是基础，二维粗糙面模型是研究的重点，所以在复杂电磁问题的研究当中，理想一、二维粗糙表面模型的研究仍然具有重要的现实意义和广泛的应用价值。2.2随机粗糙面建模的蒙特卡洛方法从之前的大概介绍之后，我们知道

7、了随机粗糙面功率谱的内容，可以应用功率谱密度函数，随机粗糙面的生成能够应用蒙特卡罗方法[21]。蒙特卡罗方法是一种以概率统计理论为指导的一类非常重要的数值方法。它的核心思路是在频域上用功率谱对其信号进行滤波，之后再对信号进行逆快速傅里叶变换，从而获得粗糙面的高度起伏特性。沙地表面属于随机粗糙面。国内外的科学工作学者在关于随机粗糙面散射理论建立推导、模型的提出和实验测量结果上做了巨大的科学研究工作，并且也取得了