基于双尺度面元模型的二维海面电磁散射及杂波特性分析

摘要

现阶段对微高频段的二维海面电磁散射研究主要停留在线性海面的基础上，由于线性海面建模均是基于对海浪的简单滤波或叠加处理，并未考虑其各个成分间的其他效应，然而实际的海浪从严格意义上看均是加入了各种相互作用的复合形式，该种非线性相互作用会对海面模型的自身性质及后续的电磁散射性质产生一定影响，因此如何在该频段实现对二维非线性海面电磁散射问题的研究是十分重要的。
　　本文就微高频段的非线性作用对二维海面电磁散射及杂波性质的影响从三个方面进行了细化分析，即散射系数、回波信号多普勒谱、海杂波幅度与幅度比分布特性。以非线性海面模型的建立为基础，从仿真计算方面实现了以上三个部分的数值分析。具体工作细分如下：
　　首先简介了以海谱为依据的线性海面模型建立的方法与步骤，并在线性海面的基础上进行改进与优化，从而获得形式相对简洁的非线性(Creamer)海面模型。比较了相同物理条件下的两类海面在形态以及参数上的细微区别。同时对常规的电磁散射计算方法——修正双尺度法进行了简要介绍，该方法以基尔霍夫近似以及微扰法为基础，并引入了曲率修正因子的影响。运用该方法分别计算了上述两类海面在相同外界参数下的电磁散射系数。
　　接着引入了以双尺度思想为依据的面元模型方法，分别对两种尺寸成分的截取判断及散射场公式推导进行了描述，并在大尺度上提出了非线性假设用以讨论非线性作用对小尺度的调制影响，从而获得了两类海面在微高频段的各种参数及环境条件下的杂波序列，从散射系数上定性的分析了两者的差别，同时也对两类杂波的多普勒谱进行了计算，比较两种谱曲线在不同极化、风速、风向时的频移展宽特性的差异。
　　最后介绍了几种相对成熟的海杂波分布模型形式，将通过以上电磁散射方法获取的海杂波序列从幅度与幅度比两个方面，在不同建模条件因素下进行了海杂波分布模型的统计以及参数分析，比较了以上非完全的非线性假设对杂波幅度与幅度比模型统计参数的影响，讨论了非线性大尺度成分对小尺度微粗糙结构调制作用的影响。

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第一章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2国内外研究现状与发展趋势

1.3本文结构内容安排

第二章 时变海面的几何建模

2.1常用海面功率谱模型与角度分布函数

2.2线性海面建模方法

2.3非线性海面建模

2.4线性与非线性海面统计参量对比

2.5本章小结

第三章 修正双尺度法计算海面电磁散射系数

3.1电磁散射计算方法简介

3.2修正双尺度法计算海面电磁散射系数

3.3线性与非线性海面电磁散射系数对比

3.4本章小结

第四章 基于面元模型的海面电磁散射研究

4.1面元模型的KA大尺度成分散射场计算

4.2面元模型的SPM小尺度成分散射场计算

4.3二维海面电磁散射系数计算

4.4非线性海面假设与散射系数验证

4.5本章小结

第五章 非线性海面多普勒谱与海杂波统计特性

5.1二维线性与非线性海面后向散射多普勒谱

5.2风速及风向对非线性海面多普勒谱的影响

5.3 X波段非线性与线性海面杂波幅度统计

5.4非线性与线性海面杂波幅度比统计

5.5本章小结

第六章 结论与展望

6.1研究结论

6.2研究展望

参考文献

致谢

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