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.     

雷达海面目标识别技术研究进展

 针对雷达海面目标识别特征数据缺乏和识别算法推广能力差等问题,从雷达目标电磁散射特性和目标分类识别两方面总结了雷达海面目标识别技术的研究热点和发展趋势。围绕海面目标雷达特性,从电磁散射测量和建模两个方面综述了国内外研究现状;从低分辨雷达回波、高分辨距离像、高分辨雷达图像3方面综述了海面目标识别技术发展现状;介绍了雷达海面目标识别工程应用情况;最后展望了海面目标识别技术的发展趋势。     

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。     

海面舰船目标紫外和可见光波段散射特性研究

采用Mote-Carlo方法构造了二维随机粗糙海面.利用海面双向反射分布函数(BRDF)模型计算了海面在紫外和可见光波段的辐射亮度,并与大气传输软件Modtran计算结果进行了对比分析.基于目标表面材料BRDF模型,计算分析了海上某舰船目标分别在紫外和可见光波段对背景辐射的散射亮度,并与海面背景辐射亮度进行了对比.结果表明,在紫外和可见光波段,海面背景辐射对舰船目标亮度的影响可以忽略,探测时间和方位、舰船表面材料、目标形状以及探测波段等因素,共同决定了舰船目标的散射特性,为实现海面舰船目标的多波段实时探测与识别提供一定的参考依据.     

基于改进的GO-PO混合方法的舰船与海面复合电磁散射研究

为了提高几何光学与物理光学(GO-PO)方法在计算舰船目标散射、海面与舰船目标耦合散射时面元对入射波和反射波可见性判断的效率,提出了Kd-tree和GO-PO方法相结合的模型. Kd-tree方法在入射波或反射波射线与面元相交测试前,首先执行射线与面元所在包围盒的相交测试,若包围盒的距离参数不符合要求,则无须进入该包围盒,减少射线与大部分面元不必要的相交测试.数值结果表明,改进的GO-PO混合方法在保证计算精度的同时能够提高效率约3倍.因此,该混合方法是相对有效且能够运用于大范围海面与大型舰船目标复合电磁散射特性的研究.     

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.     

一维海面双站电磁散射的二阶小斜率近似研究

运用二阶小斜率近似方法研究了一维海面TE波和TM波的双站电磁散射.把海面的变化看做是高斯随机过程中的皮尔森-莫斯维茨谱,并且用锥形波入射以减少人为截断误差.给出了用二阶小斜率近似法研究一维海面双站散射的数值模拟结果,并与小斜率近似法和矩量法的数值计算结果进行了比较.结果表明,二阶小斜率近似方法比小斜率近似方法更准确.     

高频地波雷达提取海面散射特性的高分辨算法

基于波束定向理论,提出了提取高频地波雷达遥海海面散射特性的一种高分辨细分算法,与ＭＵＳＩＣ算法相比,该算法数据处理的结果不仅含有海流的信息,还含有海浪的信息,中给出了计算机模拟结果,并针对雷达的工作体制,说明了具体工程的实施方法。     

动态海面与运动球形目标后向复合电磁散射及Doppler谱研究

应用物理光学近似和Mie理论分别求解了导体海面的表面电流及球形目标的一次散射场,利用Kirchhoff近似求解了海面的后向散射场．同时借助互易性原理降低了求解球形目标和海面之间二次耦合散射场的难度,讨论了球形目标尺寸、位置等对二次后向耦合散射场的影响,对不同入射角下后向复合散射场的Doppler频谱特性进行了详细分析．     

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。     

从高频雷达海面回波多普勒谱提取风场信息

用Ｈｏｗｅｌｌ法从二阶海面回波多普勒谱反演出有效浪高及浪高谱峰频率后,根据ＳＭＢ算法或ＪＯＮＳＷＡＰ算法计算风速,同时采用雷达多波束采样法由一阶回波多普勒谱确定唯一合理的风向,从而得到完整的活面风场信息。并利用该方法对模拟的海面回波多普勒谱进行反演实验,结果表明该方法是正确可行的,且ＳＭＢ算法优地ＪＯＮＳＷＡＰ算法。     

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.     

三维复杂目标近区散射场的计算

针对复杂目标近场电磁散射特性问题,应用有限元全波数值方法计算复杂目标在赫兹偶极子辐射球面波照射下的散射特性. 由于有限元方法所计算的区域有限,为精确获得目标近区散射场,通过已得输出面上电流源和磁流源,推导得出空间中任意位置处的散射电场严格表达式,并将其用于计算复杂目标的近区广义雷达散射截面. 通过数值试验验证该严格计算公式的正确性,展示该方法对复杂目标近场电磁散射特性问题的有效性.      

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。     

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。     

二维激光海面漫反射能量分布特性

针对激光点对点通信方式的不足,根据实战需要提出了利用海面作为激光漫反射媒介进行组网通信的设想,并且采用前后向迭代的数值方法结合格林函数谱加速算法对激光海面漫反射通信的能量分布特性进行了研究.通过仿真计算和实验验证,得出了二维激光海面双站散射系数,并对激光光束入射海面后的散射场进行了分析.结果表明:入射激光束经过粗糙海面散射后,能量大部分集中在前向散射区域上,而后向散射强度很弱,并且在散射场的边缘处能量迅速衰减,说明激光海面漫反射组网通信方法是可行的.     

高频区目标小角度双站散射特性的可视化电磁分析

根据对目标在高频区小角度双站散射特性的分析,对目标小角度双站散射特性展开等效单站可视化研究。可视化电磁计算方法是一种非常有效的分析高频区目标单站散射的方法,文章将该方法的应用面拓展到小角度双站散射研究,通过实例计算,验证了该方法具有工程计算的有效性。     

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。     

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。     

随机粗糙面上介质目标差场散射的快速计算方法

用粗糙面上方有目标和无目标时空间散射场的差值计算雷达散射截面, 称为差场雷达散射截面. 推导了 TE波入射时粗糙表面上介质目标表面的感应电流J _o和感应磁流 K_o、导体粗糙面上差值感应电流 J_sd的积分方程, 直接求解散射差场E_sd, 而无需对有无目标两种情况分别求解. 目标表面的积分方程中需要计算目标所在位置处单独由粗糙面贡献的散射场 E_s0, 它主要来自对准目标的镜面方向上的一小段粗糙面的贡献, 此时选取的小段粗糙面减小了计算量. 提出目标与粗糙面散射差场积分方程互耦迭代的求解方法. 由于理想导体粗糙面的强镜面散射特性, 在该迭代计算中的粗糙面的长度与观测散射角有关, 给出了它们之间的解析关系式, 此时选取的粗糙面长度远小于现有的方法, 特别适于低掠角问题. 结合 Monte Carlo 法, 迭代计算了 P-M谱(Pierson-Moskowitz)导体粗糙海面上方不同介质材料的圆柱和方柱目标的差场散射, 并与理想导体柱的散射进行比较. 讨论了介质目标上感应电流、感应磁流, 以及粗糙面上的差值感应电流的分布, 目标差场散射的峰值特征等.