基于数值方法的三维激光海面漫反射特性研究.pdf

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1、20上海AEROSPACE航天SHANGHAI第34卷2017年第1期文章编号：1006—1630(2017)01-0020—07基于数值方法的三维激光海面漫反射特性研究李恪，姚崇斌，周勃，尚吉扬(上海航天电子技术研究所，上海201109)摘要：为提高卫星海色遥感技术在实际应用中的效率，对不同海况下不同入射角度的三维激光海面漫反射特性进行了建模仿真计算，并在实验室奈件下对激光入射波动水面后产生的散射场能量分布特性进行了研究。根据麦克斯韦尔方程和边界条件分析了散射场在各向分量间的耦合关系，矢量分解后得到了6个标量方程并用矩量法进行离散，给出了离散后的矩阵方程

2、。用稀疏矩阵规则网格法(SMCG)求解矩阵方程，求解时采用共轭梯度法(CGM)计算。在对有限照射区域进行计算时，为减少边界效应产生的误差，用能量强度服从高斯分布的三维锥形渡模拟入射激光束。仿真计算了不同粗糙度海面的三维双站散射系数，结果发现：对相同粗糙度海面模型，入射角度越小，粗糙面对激光的漫反射就越大，散射场的能量分布也越均匀。用实验对仿真结果进行验证，结果表明：与基尔霍夫近似(KA)和二维前后向迭代法(FBM)相比，该方法能准确表示波动水面的三维激光漫反射特性，为进一步研究三维激光海面漫反射特性奠定了基础。关键词：粗糙海面；海色；激光；漫反射；三维双站

3、散射系数；稀疏矩阵规则网格法；三维锥形波；快速傅里叶变换中图分类号：0451文献标志码：ADOI：10．19328／j．cnki．1006—1630．2017．01．003Studyon3DCharacteristicsofLaserDiffusionfromRoughSeaSurfaceBasedonNumericalMethodLIKe，YAOChong—bin，ZHOUBo，SHANGJi—yang(ShanghaiAerospaceElectronicTechnologyInstitute，Shanghai201109，China)Abstract

4、：Toimprovetheapplicationefficiencyofoceancolorremotesensetechnology，thecharacteristicsofscatteredfieldoflaserfromseasurfaceindifferentroughnessandincidentangleswerestudied．Andtheenergydistributioncharacteristicofscatteredfieldwasanalyzedinthelabwhenlaserwasincidentintosea．Thecoupl

5、ingrelationshipsamongcomponentsofscatteringfieldindifferentdirectionswereanalyzedusingMaxwellequationandboundaryconditions．Sixscalarequationswereobtainedaftervectorresolution．Thediscretematrixequationwasgiven．Thematrixequationwassolvedbysparsematrixcanonicalgridmethod(SMOG)inwhich

6、conjugategradientmethod(CGM)wasusedincomputation．Forthecalculationofthefiniteilluminationregion，the3Dmodelofincidentlaserbeamwasestablishedwith3DtaperedwavetOdecreasetheboundaryeffect．The3Dbistaticscatteringcoefficient(BSC)underdifferentroughseasurfacewasobtainedbysimulation．Itfou

7、ndthatthesmallerincidentangle，thelargerdiffusionofthelaserandmoreuniformenergydistributionofscatteringfieldforthesameroughseasurface．Thesimulationresultswereverifiedbyexperiment．Tileresultdemonstratedthatthe3DBSCwasenoughaccu、r‘atetoexpressthecharacteristicsoflaserdiffusionfromwat

8、ersurfacecomparingwithKirchhoffap