天波超视距雷达一阶海杂波后向散射特性分析

为了得到天波超视距雷达一阶海杂波后向散射系数变化范围及总体变化规律,以及雷达频率、海面风速、风波角、海浪有向波高谱关于海面风向的扩展程度等各参数对一阶海杂波后向散射的影响规律,针对天波超视距雷达探测的特点,引入Barrick等给出的高频雷达一阶海杂波后向散射系数模型,运用仿真分析的方法得知,无向幅度谱达到饱和时,一阶海杂波后向散射系数大概在-39 dB--14 dB,无向幅度谱未达到饱和时,一阶海杂波后向散射系数范围在-460 dB--18 dB,且频率与风速的相对大小决定了探测环境处于饱和区或非饱和区,又进一步仿真分析雷达频率、海面风速、风波角、海浪有向波高谱关于海面风向的扩展程度等参数对一阶海杂波后向散射的影响,得出各参数对一阶海杂波后向散射影响的规律,这对天波雷达目标探测策略及高频海杂波建模和滤除有指导意义.     

复杂海面电磁散射的修正面元模型

针对合成孔径雷达成像系统中,利用传统面元模型在含泡沫的复杂海面环境下得到的面元后向散射场误差较大,导致成像模糊的问题,提出了一种复杂海面电磁散射的修正面元(MFM)模型。首先建立精确的海水介电模型来计算含泡沫海面介电常数;然后基于Elfouhaily海谱模型生成具体的海面样本,并将其划分成一个个小面元;最后计算出各面元的散射场,将其叠加得到海面样本的散射结果。与实测数据的对比表明,传统面元模型在大入射角时的仿真结果出现衰减现象,而加入泡沫的修正面元模型将使衰减降低近10dB,增强了与实测数据的吻合度。采用MFM模型对海面电磁散射特性及布儒斯特效应进行实验,结果表明:风速对海面布儒斯特效应影响较大,在P波段当风速由4m/s增大至10m/s时,布儒斯特效应减弱85%左右。     

驻相近似下二维海面后向散射增强效应研究

基于驻相近似下得到的考虑遮蔽效应时的粗糙面散射一、二阶基尔霍夫公式,研究了满足半经验海谱分布的二维介质粗糙海面的电磁散射,分析了海面散射出现后向增强效应的条件,计算了不同极化状态的散射系数角分布,并进行了比较,详细讨论了二阶散射系数角分布及后向增强效应随风速、入射频率和入射角的变化规律.     

海面杂波与目标雷达回波的的数值模拟

提出了一种将广义前后向迭代方法与谱加速算法结合的快速迭代数值方法,计算了电场水平极化与电场垂直极化锥形波入射到有船目标存在的粗糙海面上时海面散射杂波与目标回波,研究了雷达散射回波与某些重要的物理参数如极化、视角(特别是低掠角)和海面风速等因素的关系,给出了相应的计算结果.     

海面杂波与目标雷达回波的数值模拟

提出了一种广义前后向迭代方法与谱加速算法结合的快速迭代数值方法,计算了电场水平极化与电场垂直极化锥形波入射到有船目标存在的粗糙海面上时海面散射杂波与目标回波,研究了雷达散射回波与某些重要的物理参数如极化、视角（特别是低掠角）和海面风速等因素的关系,给出了相应的计算结果。     

波束入射时一维动态粗糙海面的电磁散射

基于粗糙面散射场积分方程,采用目前较为普遍的前、后向加速迭代法来求解具有Pierson-Moskowitz谱的动态导体粗糙海面的波束散射问题,数值计算后向散射截面的角分布,讨论了波束和平面波入射时动态海面在不同尺度、采样间隔及不同风速下的散射截面的变化,尤其对掠入射散射做了讨论,得到了平面波和波束入射时后向散射截面随掠入射角近四次方的变化关系。     

指数型分布粗糙地面宽带后向电磁散射的FDTD研究

采用蒙特卡罗方法模拟生成指数型分布粗糙地面,运用时域有限差分方法(FDTD)研究了高斯脉冲波入射时粗糙地面的宽带电磁散射问题。通过数值计算得到不同频率响应对应的后向散射系数,分析了粗糙地面相关长度、高度起伏均方根、土壤湿度和入射角的变化对后向散射系数的影响,得到了指数型分布粗糙地面的宽带后向电磁散射特性。     

目标微运动与宽带雷达散射特性

针对弹道中段目标的雷达特征信号难以实测的问题,建立了弹道微运动目标雷达特征信号仿真模型.通过分析弹道目标微运动特性推导出锥旋运动方程.阐述了宽带目标散射特性的基本物理意义,给出了锥形目标进动的雷达散射截面计算公式和动态目标宽带电磁散射剖分建模方法.利用提出的模型对微运动目标的雷达特征信号进行了仿真分析,仿真结果验证了模型的正确性.     

随机粗糙地面的宽带电磁散射研究

利用指数型随机粗糙面模拟实际的粗糙地面,运用时域有限差分法研究了微分高斯脉冲波照射时粗糙地面的宽带电磁散射问题,得出了后向散射系数的频率响应曲线,计算了后向散射系数随粗糙地面高度起伏均方根、相关长度、土壤湿度、入射角等参数的变化情况,并做了详细分析与讨论,得到了指数型粗糙地面的宽带电磁散射特性.     

基于船舶运动的微波多普勒海面回波模拟与分析

根据船载雷达探测海面时的工作特点,深入研究走航状态下微波段电磁波与海表面的作用机理.根据线性波浪理论和船舶运动规律,建立了基于时变海面的船舶运动模型,并通过与实测数据对比验证了模型的有效性.采用小斜率近似法计算海面的电磁散射,仿真得到走航状态下微波段海面散射回波,并分析了不同船舶运动方式对回波多普勒谱的影响.通过采用空间海浪反演算法验证仿真结果,证明了回波模拟算法的正确性.结果表明船舶运动导致回波统计特征发生明显变化,该结论为船载平台下海面后向散射回波研究与海浪反演算法改进提供了先验信息与理论模型.     

一维带限Weierstrass分形海面电磁散射的矩量法研究

采用一维带限Weierstrass分形函数来模拟实际的分形海面,依据海水的介电特性,运用矩量法研究了锥形波入射一维带限Weierstrass分形海面的电磁散射特性。通过数值计算得到了散射系数随散射角的变化曲线,讨论了风速、分维、海水盐含量、入射波频率对散射系数的影响,得到了一维带限Weierstrass分形海面散射系数的基本特征、分形特征和随频率变化特征。结果表明,风速、分维和入射波频率对散射系数有显著影响,而海水盐含量对散射系数的影响较小。     

Numerical simulation of the radar echo from a ship in ocean clutter

A comprehensive approach which combines the generalized forward-backward method (GFBM) with the spectral acceleration algorithm (SAA) is developed. The angular radar echo from a rough ocean surface with a ship present, and with the transverse electric (TE) and transverse magnetic (TM) components incidencing at low grazing angle, is numerically simulated; and its functional dependences upon the polarization, observation angle, sea surface wind speed, ship location and other parameters are analyzed.     

基于PM谱的二维各向异性海面电磁散射的微扰法研究

运用微扰法研究了基于PM谱的二维各向异性海面电磁散射问题,结合其功率谱推导出了平面电磁波入射时的散射系数表达式。通过数值计算得到了HH极化下双站散射系数随散射角变化的曲线,讨论了摩擦风速、风区范围、海面上方10 m高度处的风速、观察方向与逆风方向之间夹角和入射波频率对双站散射系数的影响,得到了基于PM谱的二维各向异性海面电磁散射的基本特征、分区特征和随频率变化的特征。     

Investigation of simulating radar images concerning the multipath scattering effect

In the composed system of a target and rough surface, the electromagnetic scattering mechanism, especially the multipath scattering, is investigated. Using physical optics double bouncing algorithm, the multipath scattering model of the system has been established. Simulated by a wideband radar signal and based on fractal rough surface, the artificial echo of the target has been obtained in virtue of the established multipath scattering model. By simulating to image the target in one dimension using the artificial echo, two kinds of range profiles are attained. It is found that one is from the target and the other is from the multipath scattering effect.     

粗糙地面上复杂目标的电磁散射特性

粗糙地面与复杂目标的耦合散射特性研究一直是雷达目标识别领域比较有应用价值的课题.针对粗糙地面与目标的复合电磁散射特性进行重构,包括复合模型的雷达截面积(radar cross section,RCS)特性以及合成孔径雷达(synthetic aper-ture radar,SAR)成像特性.首先,对复杂目标进行几何建模并对粗糙面进行数值建模,构建地面与目标的一体化几何模型.然后基于空间射线分集技术、射线追踪技术以及劈边结构识别算法分离出复合模型中散射中心,包括面结构和劈边结构对应的散射中心,基于属性散射中心模型正向的确定散射中心对应的各个参数,最终建立起粗糙地面上复杂目标的散射中心参数化模型.并通过对其重构的散射特性与实测结果进行对比,分析了地面与目标的耦合作用.研究对雷达目标识别领域具有很大的应用价值.     

基于遗传神经网络算法的海面风速反演新方法

针对海面运动的复杂性、海面电磁散射理论模型的局限性以及利用SAR图像反演海面风速存在的非线性现象,基于遗传神经网络的方法,以业务化的CMOD4模式函数数据为基础,采用Fletcher-Reeves算法的变梯度反向传播算法,建立一种SAR风速反演的新模型。试验结果表明,利用遗传神经网络方法反演海面风速是可行的,当随机误差小于10%时,模型的抗噪能力较强,风速反演的精度较为理想。比较不同风速下的反演结果可以发现,在中、小风速的情况下,模型的抗噪能力较强,模型学习拟合和预测检验的精度相对较高;在大风速的情况下,模型的反演能力有待于进一步提高。     

基于简正波掠射角的声速剖面反演方法研究

针对浅海宽带信号多途的特点,对多途分离的方法进行了研究,提出了一种基于warping变换的简正波分离和简正波信息提取的方法.随后提出了一种基于射线-简正波理论的利用各阶简正波中不同频点信号到达掠射角进行声速剖面反演的方法,最后通过仿真计算验证本方法可以应用于具有一定时间长度的线性调频发射信号的简正波分离,分离后提取的简正波信号经逆运算还原后与原始信号基本一致,分别对每阶简正波的各个频点到达掠射角进行计算,利用各阶简正波的不同频点到达掠射角建立代价函数,进行声速剖面反演.仿真结果证实了该方法的可行性,并分析了反演精度.     

PRC_CW 雷达地杂波空间相关特性仿真分析

在分析典型地物杂波的空间分布特性的基础上,针对ＰＲＣ－ＣＷ（伪码调相连续波）雷达的特性,即雷达在低俯视角情形时地面回波信号展宽,利用对码元回波复信号进行空间矢量叠加以得到ＰＲＣ－ＣＷ雷达实际接收的回波信号．通过计算机模拟得到伪码调相连续波雷达回波信号后,对其空间相关特性进行了分析．