一维反常波电磁散射数值模拟研究

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1、武汉理工大学硕士学位论文摘要反常波广泛分布在世界各海域，从而形成一种人们不得不面对的海洋灾害。由于反常波极大的危害着航海安全，其产生机理受到越来越多的相关学者的关注。反常波被定义为：某一波高H(波谷到波峰的距离)大于2．2Hs(有效波高)则称为反常波。近年来，人们通过卫星的合成孔径雷达(SAR)成像模式来监测反常波事件。为了提高雷达对风暴海面例如反常波海面的监测，必须研究反常波的电磁后向散射特性。本文首先介绍了课题的研究背景、目的和意义，介绍了国内外反常波的研究现状。然后通过对粗糙面电磁散射特性的学习，总结了三种常用的解析方法：基尔霍夫近似、微扰法以及双尺度模型。利用基尔霍夫近似法

2、，建立一维的非线性分形海面的电磁散射模型，并通过计算线性和非线性海面电磁后向散射的归一化雷达散射截面(NRCS)，比较分析两者的差异。分析结果表明，非线性海面和线性海面的NRCS存在着有很大的差异。最后，结合一维非线性分形海面的电磁散射研究的结果和思路，利用双尺度法，建立反常波电磁后向散射模型，计算中等入射角情况下一维反常波海面的归一化雷达散射截面，并对结果进行分析。分析结果表明，在通过合成孔径雷达对反常波成像时，其回波的NRCS比背景波小，这意味着反常波在SAR图像中比背景波图像要暗。因此可以将NRCS作为反常波识别的一种特征标识。总结本文的主要工作包括：分析总结了三种常用的经典

3、的粗糙面电磁散射解析方法；建立一维非线性分形海面的电磁散射模型，分析了一维非线性分形海面的电磁散射特性；建立一维反常波电磁散射模型，分析了一维反常波电磁散射特性。最后通过相关结果分析，得出一种反常波识别的特征标识。关键词：反常波基尔霍夫近似双尺度模型电磁散射模型NRCS武汉理工大学硕士学位论文AbstractFreakwavesontheseaarepotentialdisastersthatshipscarlencounter．砀口formativemechanismistheobjectofincreasingresearch．FreakwavesaresaidtoOCCUrw

4、henthemaximumwaveheightexceeds2．2timesthesignificantwaveheightHsofthebackgroundsea．Recently，analysisofsyntheticapertureradar(SAR)wavemodeimagesfromtheERSandENVISATsatelliteshavebeenappliedtothedetectionofareasoffreakwaveevents．Inordertodevelopamethodologyfordetectingtargetsonthestormseasurface

5、suchaS疗eakwavesbyradar．thestudyofelectromagnetic(EM)backscatteringcharacteristicsoffreakwavesismeaningful．Inthispaper,thebackground，researchpurposeandmeaningof雠akwaveareintroducedfirstly,aswellasthecurrentsituationofdissertationresearch．Thenthreekindsofcommonlyanalyticalmethods：KirchhoffApprox

6、imationMethod，SmallPerturbationMethodandtheTwo．scaleMethodaresummarizedbystudyoftheelectromagnetic(EM)scatteringfromroughsurfaces．TheKirchhoffApproximationMethodiSusedtodeveloptheEMmodelofthe1Dnonlinearfractalseasurfaces．Wecalculatetheassociatednormalizedradarcrosssection烈RCS)oftheseasurfacewi

7、ththismodelandthencomparetheNRCScharacteristicsofthebackscatterresultingfromalinearfraetalseasurface．TheresultshowsthattheNl地SofanonlinearseasurfaceiSquitedifferentfromthatofalinearseasurface．AnEMbackscatteringmodelisestablishedusingaTw