基于物理模型的动态海面电磁仿真方法研究

针对微波海洋遥感中复杂海面电磁环境难以准确建模的问题,给出了粗糙海面及目标的电磁仿真方法。通过海浪谱模型建立了与实际情况相符的三维海面,设置相应的电磁参数,准确复现海洋环境。采用时域有限差分方法(FDTD),将空间和时间离散化并进行迭代运算,计算动态实时的电磁分布状态。最后通过仿真对海面模型进行验证,并给出了相应的电磁分布状态。结果表明,该方法能够有效实现完整的海洋电磁散射仿真系统。     

微波多普勒雷达海浪参数提取算法

根据海浪混合表面散射理论和线性波理论,利用3种规模波对微波多普勒谱的不同贡献,推导出海浪谱与径向速度转换函数,得到了一种适用于多普勒雷达的海浪谱以及海浪参数提取算法．该算法从海洋回波的多普勒谱中获取径向速度序列,根据海浪速度谱与海浪谱之间的转换关系推导海浪谱,再用谱矩法计算相应的海浪参数．运用该算法分别对微波多普勒谱雷达的模拟与实测数据进行处理,实现了有效浪高和平均海浪周期的高精度提取,证实了该算法在微波段多普勒雷达的海浪参数反演中的准确性．     

基于二阶谱的海面微波散射特性仿真

基于波面的二阶谱特征,研究了粗糙海面后向散射特性并进行了数值仿真。仿真结果表明,在散射模型中考虑海浪波面的二阶谱特征时,海面微波后向散射特性呈现出随方位角和入射角等参量变化的差异,体现了粗糙海面的非线性效应。     

海面散射信号的分形分析及分形维数估计

针对经典分形海面模型的功率谱在空间波数小于基波波数时不能满足正幂率的问题,提出了一种同时具有海浪稳态和瞬态特性的海面模型.该模型将Longuet-Higgins模型和归一化带限WM分形海面模型相结合,解决了分形海面模型不考虑从其他方向传来的涌浪问题.研究了增加涌浪后的分形海面所获得的散射信号的分形特性,从数学上证明了增加涌浪后的二维分形海面所获得的随时间变化的散射信号是分形的,确定了其分形维数的上下界,并进行了仿真验证.仿真结果表明:该散射信号的分形特性几乎不受海面和雷达状态的影响,分形维数是海面内在的固有参量.     

基于二分算法的GNSS-R数值分析

海面风场反演是利用全球导航卫星系统反射信号（GNSS-R）进行海面遥感探测的一个重要应用,其前提是确定散射区域信息。通过分析比较S.C.Wu算法及在此算法基础上提出的二分法,仿真得出二分算法测得的镜面反射点也可以正确得到散射点的区域变化信息。最后,仿真分析了二分法下的海面散射信号的时延-多普勒二维相关功率关系,验证了二分算法模型简单且实际应用性强的优势。     

基于二分算法的全球导航卫星反射信号数值分析研究

海面风场反演是利用全球导航卫星系统反射信号(GNSS-R)进行海面遥感探测的一个重要应用,其前提是确定散射区域信息。通过分析比较S.C.Wu算法及在此算法基础上提出的二分法,仿真得出二分算法测得的镜面反射点也可以正确得到散射点的区域变化信息。仿真分析了二分法下的海面散射信号的时延-多普勒二维相关功率关系,验证了二分算法模型简单且实际应用性强的优势。     

基于虚拟现实的船舶操纵训练系统相关技术

介绍了船舶操纵训练系统的构成 ,该系统使用多通道视频拼接的方法生成 360°视景 .提出了视景中海浪的建模方法 ,包括静止海浪模型和动态海浪模型 .通过采用局域网环境下的并行处理、增量发送、消息包定长定构和事件驱动接收等计算机网络与通信技术实现了具有较高的性能价格比的船舶操纵训练器 .还给出了白天航行、夜航、雾航和大风浪航行等环境条件下的仿真结果     

基于投影网格上的Phillips谱真实感海浪仿真模拟

针对如何有效利用现代图形硬件渲染大规模真实感海浪场景的难题,构建了一种基于投影网格上的Phillips谱海浪模型,利用GPU得到的海面浪高渲染为实时高度浮点纹理图,对每个像素进行求梯度得到海水法向纹理图。提出了基于GLSL语言的海水光照算法,实现动态海面光照效果,通过对程序参数的调节,进行不同风向风速下海面浪高的控制以及能见度、太阳高度角等不同气象要素下的真实感海浪绘制。仿真结果表明,该模型及渲染方法能够获得逼真的场景特效。     

合成孔径雷达海面流场特征的成像仿真

根据合成孔径雷达海面流场特征的成像原理,将波流相互作用和随机多尺度微波散射模型结合相结合,建立了海面流场成像模型。并使用该模型对不同雷达频率条件下的弱海表流场进行了成像仿真。与M4S软件在相同条件下的仿真结果进行比较,证明了本文仿真结果的合理性。     

高频雷达海洋回波谱的数字模拟

根据Ｂａｒｒｉｃｋ导出的一阶和二阶高频雷达海洋回波截面方程,二阶雷达同方程为基础,在极坐标条件下,把参与散射的二维海浪波数空间分解为无数一维海浪波数空间之和,与之对应,并将二阶海洋回波谱的模拟转化为固定波数下二阶回波子谱的模拟,再将各二阶回波子谱叠加就得到完整的二阶海洋回波谱。这一算法避免了传统的回波谱模拟过程中需求解非线性方程－等频线方程的麻烦,中给出的模拟结果与它模拟算法结果相一致,提出的模     

岸船通信的抗干扰和保持通信时间预测研究

岸船通信面临着介质对高频电磁波( HF: High Frequency Electromagnetic Wave) 的吸收损耗、海面湍流对电磁波的散射、海面物体对电磁波的反射产生的多径信号干扰的问题。针对岸船通信通信传输信道的特点,建立其信道传输模型,求解出信道的单位冲激响应,提出了在岸船通信中接收机基于双调角器抗多径干扰的方法。该方法能有效地利用多径信号的能量,不需提高发射机功率即能提高通信质量,抗多径效果好且容易实现。建立高频电磁波电离层反射模型,使用解三角形算法研究了岸船通信能保持通信的时间,便于完善通信协议,提高通信质量。仿真结果表明,该方法白天最长能保持4． 5 h 通信,夜晚最长能保持7． 5 h 通信。     

基于散射电场的飞机旋翼多普勒回波模拟

旋翼飞机飞行过程中会产生具有独特多普勒特征的雷达回波,通过对旋翼回波的准确模拟,可为不同类型飞机的精确识别提供重要依据.针对现有散射点叠加算法的假设缺陷,从目标高频电磁散射理论出发,提出了基于散射电场的飞机旋翼回波模拟方法.依据电磁散射场与雷达回波方程间的数学关系,发现目标回波的基带信号与目标后向散射电场的复振幅矢量具有一致性,基于此采用物理光学—矩量混合算法,求解飞机旋翼的散射电场;并通过短时傅里叶变换模拟得到旋翼的时频回波.最后,通过与传统散射点积分算法进行仿真对比,同时分析了不同桨叶角对旋翼回波信号的影响规律,验证了所提方法的正确性和优越性,实现了散射电场下飞机旋翼多普勒回波的准确获取,为后续研究飞机的精确识别奠定了理论基础.     

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。     

船舶振荡运动仿真

为节约昂贵的海上试验费用,以6个自由度最关键的横摇运动为例说明了仿真计算过程。在由船模试验得到船舶响应幅值算子（RAO）的基础上,采用ITTC单参数标准波谱计算船舶的运动幅值谱,然后采用线性迭加法得到船舶振荡运动的时域序列。仿真信号序列的频谱与实船采集的横摇运动数据的频谱具有相似性,对频率区间细分可以提高仿真结果的精度。     

基于BP神经网络的船舶航向智能PID控制研究

针对船舶航向控制非线性的特性,以船舶航向运动一阶KT模型为研究对象,设计了基于BP神经网络的自整定PID算法航向控制器。将传统PID与BP神经网络结合,对被控对象由BP神经网络进行辨识,给出PID控制参数,由PID控制算法进行控制并优化收敛速度。根据真实渡轮船舶特征参数,利用MATLAB/Simulink仿真软件建立船舶航向运动控制系统模型。仿真结果表明,基于BP神经网络的PID控制系统超调小、鲁棒性好,可长时间稳定工作,几乎无稳态误差,控制算法的实用性以及动态控制系统的优越性得到验证。     

基于电磁散射模型的宽带雷达海杂波特性分析

宽带雷达在抗干扰、目标识别与跟踪等方面具有独特优势。基于粗糙面电磁散射模型对宽带雷达海杂波特性进行了分析。首先利用PM谱函数建立二维海洋粗糙面,引入锥形入射波来克服粗糙面的边缘衍射;然后利用物理光学电磁散射模型,并结合子带合成法,得到宽带条件下散射单元的杂波幅度;最后对宽带雷达杂波回波信号进行建模与仿真,得到海面环境杂波的频谱特性和一维距离像,进而分析了雷达工作带宽、入射擦地角和海面风速对海杂波特性的影响。仿真结果表明:雷达工作带宽增加,入射擦地角减小,海杂波回波幅值均有明显下降,而海面风速对海杂波幅值影响不太明显。     

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。     

一维带限Weierstrass分形粗糙面电磁散射的微扰法研究

运用微扰法研究了平面波入射粗糙面的电磁散射问题。采用一维Weierstrass分形粗糙面模拟实际的粗糙面,结合其功率谱密度导出了散射系数计算公式;通过数值计算得到HH极化状态下散射系数的角分布曲线,讨论了分维、标度区间、空间基频、粗糙面高度起伏均方根以及入射波频率的变化对散射系数的影响;得到了平面波入射一维带限Weierstrass分形粗糙面散射系数的分形特征、基本特征、分区特征和随频率变化的特征。     

船舶纵向运动控制模型的建立及仿真

针对船舶在海上运动的情况,提出了一种水动力模型的建立方法.依据切片理论建立了不同浪向下船舶纵向运动的水动力模型.基于船模水池实验,在分析442 t水面舰艇典型海况下水动力系数的基础上,通过仿真研究,推导出一种实时在线的船舶纵向运动控制模型;给出了计算实例并进行了误差均值和误差方差的可信度检验,置信度95%.该模型可实时在线地计算出船舶在任何航向、航速及海情下与频率无关的船舶纵向运动水动力系数,从而得到实时在线船舶纵向运动控制模型.所建立的水动力模型拟合均方差的相对值在0.4%～13.9%,平均拟合均方差的相对值为6.6%.通过MATLAB仿真计算证明:该模型完全能控、完全能观和渐进稳定.