地海交界分区域复合粗糙面建模及电磁散射特性研究

研究了地海交界分区域复合粗糙面的建模方法及其电磁散射特性。采用蒙特卡罗方法建立地海交界分区域复合粗糙面模型,采用高斯谱模拟实际地面,采用变浅系数与北海联合海浪计划(joint north sea wave project, JONSWAP)谱结合而成的有限水深海谱模拟实际近海海面,基于分区域复合粗糙面建模理论,运用多种加权反正切函数处理实现了线型、月牙型、峡谷型自然环境。考虑了各介质区域内部的面元耦合以及区域之间和交界处面元的耦合作用,对地海交界分区域复合粗糙面的散射问题,提出了一种基于分区域面元的迭代物理光学法,采用快速远场近似（fast far field approximation, FaFFA）与局部耦合技术加速其迭代过程。对比了陆地粗糙面、海面和地海交界分区域复合粗糙面的电磁散射特性,计算了分区域复合粗糙面的散射系数,并讨论了极化方式、入射角、边界形状、陆地粗糙面的均方根高度、相关长度和近海海面的风速对地海交界分区域复合粗糙面电磁散射特性的影响。基于迭代物理光学法所获取的分区域复合粗糙面总散射场,采用正侧视条带式成像模式,选用距离多普勒算法对不同特点的地海分区域复合粗糙面进行合〖JP2〗成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)成像,并讨论了陆地粗糙面与海面各自的相对介电常数对SAR成像的影响。该研究包括了地海交界环境的建模、电磁散射特性的求解及其SAR成像,由仿真结果得到了地海交界分区域复合粗糙面的SAR像特点,对反演地海交界环境的电磁特性以及遥感、探测具有借鉴意义。     

分形海面及其上方目标电磁散射的混合算法

采用一维带限Weierstrass分形粗糙海面模拟实际的粗糙海面,运用基于矩量法(method of moment, MOM)结合基尔霍夫近似(Kirchhoff approximation, KA)的混合算法,研究了分形海面与上方需考虑旋转的复杂矩形截面导体柱的复合电磁散射。将不同入射角情形下的混合算法计算结果与传统的MOM结果进行了比对,结果表明该混合算法具有较高的准确性和计算效率。最后,讨论了复合散射系数与粗糙海面参数、目标参数以及入射波参数之间的依赖关系,得到了较完整的复合电磁散射特征。     

一种舰船目标SAR回波的快速仿真方法

为满足合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)在海洋遥感的应用需求,提出一种舰船目标SAR成像的快速仿真方法。对成像场景中重点关注的目标进行精确电磁建模,并利用"四路径"模型计算目标与海面的复合散射回波,对海面背景采用散射面元法计算回波;将舰船复合散射回波与海面回波进行合成得到总的SAR回波,利用聚束SAR成像处理方法获得SAR图像。结果表明:该算法避免了对整个成像区域进行复杂的电磁仿真,能够有效降低对海面大场景的电磁计算效率。由于在目标区域采用高频电磁算法,保留了目标的电磁散射的精细结构,为精确模拟SAR回波提供了一种准确而高效的仿真算法。     

宽带相控阵雷达海面场景散射回波模拟方法研究

针对射频仿真中宽带相控阵雷达海面场景散射回波快速、精确模拟的难点问题,有效结合时域近似方法和频域分析变换方法,提出基于时域近似—频域变换混合的海面场景散射回波快速计算方法,利用频域分析方法对海上目标/干扰进行精细化散射回波模拟,采用时域近似方法对大面积海杂波背景进行快速回波计算,通过矢量合成,模拟生成宽带相控阵雷达海面...     

粗糙海面电磁散射的小斜率近似方法

利用小斜率近似方法研究了粗糙海面的电磁散射特性,推导了极坐标下小斜率近似方法的双站散射系数计算公式.基于Elfouhaily海谱模型,计算了海面的散射系数,将得到的理论计算结果和实验数据及考虑和不考虑遮蔽效应的基尔霍夫近似结果进行了对比.讨论了不同极化状态下小斜率近似方法的后向散射系数随入射波频率和风速的变化关系.结果表明,在后向散射情况下,理论计算结果和实验数据吻合很好;在双站散射情况下,在大散射角时小斜率近似的结果更为准确;无论是何种极化,后向散射系数均随入射波频率和风速的增大而增大.     

一种海面后向散射特性实时仿真的统计模型

提出了一种用于海面后向散射特性实时仿真的三参数模型,导出了分别符合Weibull分布、Log-ormal分布和K-分布等三种统计模型的海杂波生成函数,并讨论了各函数中参数的拟合优化方法.该模型的输出特性既满足实测海面后向散射系数数据的均值和标准偏差,同时又反映出给定的概率密度统计特性,可用于各种仿真系统中的海杂波实时仿真.     

基于HPP/PO的舰船与海面耦合散射快速算法

针对粗糙海面上舰船类超电大尺寸复杂目标电磁散射问题,提出了一种基于混合面元投影(HPP)和物理光学法(PO)的计算目标与海面耦合散射的快速算法。首先建立基于海谱的海面几何模型,并考虑海面面元的微粗糙特性,修正海面反射系数,然后针对目标和海面的结构特点,形成两种尺度面元混合的目标与海面模型,对电磁波在海面和目标之间的多次反射按照GO原理进行快速投影运算,并利用PO计算投影区域的散射贡献,最后给出了几组典型实例的计算结果。数值计算表明,该方法对于海面舰船类目标的散射计算是高效、准确的。     

基于多重分形谱的局域网流量预测

基于非线性动力学理论,采用多重分形谱参数对局域网流量进行预测分析.首先,构造出实际局域网流量的多重分形谱并研究其谱参数的物理含义.然后,分析了多重分形谱参数与网络流量的关联关系.最后,采用多重分形谱对局域网流量进行了预测.研究结果显示,多重分形谱参数与网络流量的变化存在一定的关联性,采用多重分形谱可在一定程度上对网络流量的变化趋势进行预测,并且流量的波动量越大,预测的结果越准确,可预测的时间越长.     

时变海场景双基SAR回波实时模拟方法研究

基于时变海场景双站散射机理,结合双基合成孔径雷达(SAR,Synthetic Aperture Radar)成像几何模型,提出了一种时变海场景双基SAR射频回波信号实时模拟方法。针对时变海场景的复杂耦合散射,采用多径近似理论建立了双基SAR海面目标回波信号模型,提取了时变海面双基SAR系统响应函数,结合高性能计算技术、同步动态随机存取(SDRAM)技术以及全系统交换设计,实现了时变海场景双基SAR射频回波信号实时模拟,最后仿真测试结果验证了该方法的有效性。     

改进的分形算法在弱小目标检测中的应用

针对单帧图像中的弱小目标检测问题,提出了一种改进的基于分形的快速检测方法。该方法首先利用图像的局部熵信息对目标进行粗定位,以得到一个包含目标的感兴趣区域,然后利用分形理论构造该区域的分维像,最后对分维像采用自适应阈值分割即可将弱小目标精确检测出来。与传统分形算法相比,提出的改进算法包含粗定位和细定位两部分,它将分形算法要处理的区域缩减到局部熵所估计的小范围内,从而克服了传统分形方法计算量大、抗噪性差的缺点。仿真实验结果表明,该方法能够稳健、快速、有效地检测弱小目标。     

计算粗糙地面下方埋藏目标复合散射的E-PILE+BMIA/CAG算法

为快速获取电大尺寸随机粗糙面下方埋藏目标的电磁散射特性,基于层内波传播展开法（propagation-inside-layer-expansion, PILE）和带状矩阵迭代及规范网格法（banded matrix iterative approach canonical grid,BMIA/CAG）,提出了结合带状矩阵迭代及规范网格法的扩展层内波传播展开法（E-PILE+BMIA/CAG）。数值计算过程中,以高斯随机粗糙面模拟实际地表面,并引入锥形入射波以减小人为截断粗糙面所引起的计算误差。为验证算法的有效性和收敛性,计算了一维介质粗糙面下方埋藏无限长二维介质圆柱目标的散射特性,研究了目标与粗糙面之间的相互作用,并与已有算法结果进行比较。最后计算了大入射角情况时地面下方埋藏目标的复合散射特性。该研究成果对于目标探测等领域具有一定的理论指导价值。     

复杂场景散射中心模型化与雷达成像应用

在复杂场景中, 目标与环境之间的耦合散射会造成雷达图像特征的干扰, 这一问题给雷达目标自动识别与跟踪技术带来了困难, 成为雷达、电磁领域持续关注的热点研究问题。目前, 使用传统的电磁数值计算方法对复杂场景散射问题进行仿真, 所需计算资源巨大, 耗时很长, 而且多限于针对单一类型复合目标, 难以满足实际工程应用需求。针对此问题,提出了复杂场景散射中心模型化的方法, 集成散射中心模型、物理光学法、积分方程法、四路径模型、射线追踪等方法为一体, 实现了复杂场景、群目标雷达成像快速仿真。本文给出了三种有代表性的复杂场景的逆合成孔径雷达成像仿真结果, 验证了本文方法的可行性及泛用性。     

时变海面舰船目标动态雷达特征信号模型

提出了一种时变海面舰船目标动态雷达特征信号的仿真方法。建立了海面舰船目标雷达回波多径效应模型、二维动态粗糙海面的时变复反射系数模型和动态海面舰船运动的水动力模型,并同目标电磁散射计算的高频方法相结合,形成了时变海面舰船目标动态雷达特征信号仿真模型。利用海面浮球的测量数据对模型进行了验证,并对典型舰船目标的动态雷达特征信号进行了仿真和分析。     

平面多层媒质中目标的二维衍射层析成像算法

探地雷达应用领域中,基于谱域转换处理方法的衍射层析成像算法可以实现对均匀媒质或简单两层媒质中体散射型目标的成像处理,但不适用于两层以上媒质中目标的成像处理。针对这一问题,建立了阵列天线扫描下平面多层媒质中目标体的二维电磁散射模型,通过引入平面多层媒质中格林函数的谱域积分形式,建立了孔径回波信号与目标体函数的谱域对应关系,在此基础上导出了平面多层衍射层析成像算法。通过对多个仿真数据的处理,结果显示该成像算法可有效应用于平面多层媒质中目标的高分辨成像处理。     

复合目标电磁散射的高效混合计算方法

传统混合法在计算目标与粗糙面的耦合场时,需要耗费大量内存与时间。以计算复合目标后向电磁散射为目的,提出一种更为高效的混合计算方法。该混合法在单独处理粗糙面与目标方面与传统混合法一致,即使用基尔霍夫近似法（Kirchhoff approach,KA）处理粗糙面区域;使用矩量法（method of moment, MoM）并结合多层快速多极子（multilevel fast multipole algorithm, MLFMA）技术处理目标区域。与传统混合法所不同的是：根据大尺度粗糙面镜向散射最强的特点,只在粗糙面上截取一块很小的区域进行耦合场计算,从而极大减少内存与时间。大量数值实验表明,该方法在保证较高精度的同时,效率要远高于传统混合法。     

超宽带雷达目标及环境仿真技术的研究

超宽带雷达是一种用途广泛的新体制雷达,它与经典雷达有着很大的差异。为了有效地分析和设计超宽带雷达系统,有必要建立超宽带雷达系统模型。雷达系统建模中最重要的工作是仿真雷达目标及环境。本文,我们基于时域有限差分法(FDTD),提出了一种雷达目标的仿真算法,并根据这种算法,仿真了几种简单几何形状的雷达目标实例。在第三节,介绍了一种仿真超宽带海杂波的方法。     

多表面阻抗加载凸导体柱的电磁散射

飞行器隐身技术之一是阻抗加载。本文研究充电大尺寸(ka=10)任意截面多表面阻抗加载凸导体柱的电磁散射。问题的反应积分方程是采用组合Fock理论和矩量法的混合方法建立,并由Leontovich阻抗边界条件来求解的。对一个多表面阻抗加载圆柱体的混合法的数值分析表明,利用多表面阻抗加载,可实现较大角范围内后向雷达散射截面(RCS)的减缩,并同时产生后向散射相位的强烈跃变,从而获得大的角闪烁线偏差,这是一种新的隐蔽技术措施。