海面电磁与光散射特性研究

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1、西安电子科技大学博士学位论文海面电磁与光散射特性研究姓名：张延冬申请学位级别：博士专业：无线电物理指导教师：吴振森20041001摘要本文首先总结了目前为止海面模拟的各种方法，包括统计模型与分形模型·并且针对传统的分形模型的局限性，重点讨论了扩展的分形模型。在此基础上对传统的双尺度法进行修正来计算二维海面的电磁散射，用数值方法得到了大尺度粗糙度每一点的斜率，利用Z—BUFFER消隐算法数值计算了遮挡函数，同时考虑了大尺度粗糙度的曲率效应，通过与实测数据进行对比验证了修正的双尺度法的正确性。在构造二维时变动态海面

2、的基础上，通过数值模拟得到了不同参数条件下的海杂波时间序列。采用混沌理论进行海杂波特性分析，讨论了重构栩空间及计算关联维数的具体过程，并给出了计算最大Lyapunov指数的方法，这种方法对杂波时间序列的长度没有限制，并且容易实现。采用积分方程法推导出了二维粗糙面的双频互相关和角相关函数，数值计算了具有不同粗糙度的良导体粗糙面的双频互相关函数，在此基础上分别计算了二i维粗糙面对6脉冲、Gaussian脉冲和矩形脉冲的散射，并给出了散射脉冲的波形。基于Gram—Charlie分布函数并利用三阶统计特性推导出了非Ga

3、ussian二维粗糙面的双频互相关和角相关函数的计算公式，并以二维海面为例计算了其对几利，典型波形脉冲的散射，讨论了脉冲展宽效应。将面元法与Kirchhoff近似和微扰法相结合数值计算了海面的光散射，采用Lowtran7软件得到了阳光和天背景的辐射，在此基础上研究了我国东南沿海不同时刻、波段和海况下海面对阳光和天背景辐射的散射。关键词：海面模拟电磁散射双尺度法混沌积分方程法脉冲光散射ABSTRACTInthispaperthemethodsformodelingseasurfacesal'eoutlined，i

4、ncludingstatisticalmodeIsandfractalmodelswithemphasisontheextendedfractalmodels，thentheconventionaltwo．scalemodelismodifiedtOcalculatetheelectromagneticscatteringfromtwo—dimensionalroughseasurface．Theslopeoflargeroughnessisobtainednumerically．Forlargeinciden

5、tangletheZ—BUFFERmethodisappliedtocalculatetheshadowingfunctionandthecurvatureeffectoflargeroughnessistakenintoconsideration．Bycontrastwithexperimentaldataitcanbeconcludedthatthemodifiedtwo．scalemodeliseffoctive．Thetwo．．dimensionaltime．-varyingseasurfaceisge

6、neratedandseveralsetsoftimeseriesofbackscatteringcoefficientfromitfordifferentparametersisobtainedwithmodifiedtwo—scalemodel．ThenthechaostheoryisappliedtOanalyzeseaclutter．Thephasespacereconstructiontechniqueandcalculationofcorrelationdimensionarediscussed，a

7、ndamethodforcalculatingthelargestLyapunovexponentispresented，whichplacesnorestrictiononthelengthoftimeseriesandiseasytoimplement．ThemutualcoherenceandangularcorrelationfunctionofscatteredwavefromtwodimensionalroughsurfacesisderivedwitllIntegralEquationModela

8、ndthencalculatedforperfectlyconductingroughsurfaces，thenthescatteringofincidentpulsewavewithdifferentshapeiScalculatedandtheshapeofscatteredpulseispresented．Themutualcoherenceandangularcorrelati