海洋背景下开尔文尾迹电磁散射与红外辐射特性研究

摘要

如今隐身技术越来越高，有时很难直接检测到舰船自身的信息，但只要舰船在运动，其产生的尾流就无法消除，所以通过对尾迹进行探测来获取舰船的具体参数是一种实用可行的方式。此外，海浪的运动会改变船体的运动，进而影响尾迹的形成，而船体产生的尾迹对于海浪也会有一定影响，两者之间的相互作用比较复杂，为方便计算，一般将海面与 Kelvin尾迹按照一定的比例进行叠加，而不考虑其他维度的影响。尾迹的探测方法有多种，最为普遍是电磁和红外探测。
　　本文首先介绍了几种常用的海谱，如PM谱、FUNG谱、ELH谱等，对比分析了各种海谱分布函数的特征；研究了两种海面的仿真方法，蒙特卡洛法和双叠加法，对不同风速、风向下海况进行仿真和分析，风速越大海浪波高越高，海面起伏越大，风向主要影响的是海浪的传播方向，对比之下法向蒙特卡洛方法比双叠加方法在相同海面仿真中所耗时更短，效率更高。随后，对舰船在水面运动产生尾迹的种类进行了描述，其中主要对Kelvin尾迹和内波尾迹进行了仿真研究，给出了不同船体不同速度下产生的不同尾迹波高图；湍流的模型给出了湍流尾迹距离船尾不同距离的几何模型，而对于其具体的三维模型相关研究学者也没有较好的仿真模型，目前对于其的仿真还有待研究。尾迹建模之后，简要介绍了几种常用的电磁散射计算方法基尔霍夫近似法、微扰法等，重点分析了双尺度方法并对其进行了修正，并分别给出了计算分析；Kelvin尾迹作为舰船尾迹中最为主要的尾迹，本文使用海洋与 Kelvin尾迹的1:1线性模型，在该模型的基础上，使用修正双尺度方法，计算海洋背景下不同舰船参数、航速、风速、风向时 Kelvin尾迹的后向散射系数和双站散射系数；此外，对舰船内波尾迹的后向电磁散射做了简要分析。最后介绍了粗糙海面红外辐射的基本理论，讨论 BRDF的定义，并从其经验公式入手，结合Modtran4软件计算的传播参数，最后计算得出Kelvin尾迹和内波尾迹的辐射亮度，对比分析了不同参数对尾迹红外辐射的影响情况。

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状与发展趋势

1.3 论文主要工作及安排

第二章 海谱与海面仿真

2.1 粗糙面基本要素

2.2 海谱模型

2.3 二维海面仿真

2.4 小结

第三章 舰船尾迹模拟

3.1 舰船尾迹分类

3.2 Kelvin尾迹模拟

3.3 内波尾迹与窄V尾迹

3.4 湍流尾迹

3.5小结

第四章 Kelvin尾迹的电磁散射特性

4.1 常用电磁散射方法

4.2 修正双尺度方法

4.3 Kelvin尾迹电磁散射特性分析

4.4 内波尾迹电磁散射特性分析

4.5 小结

第五章 海洋背景下Kelvin尾迹红外辐射特性

5.1 红外波段辐射方程

5.2 粗糙海面自身辐射计算

5.3 粗糙海面对环境辐射的散射计算

5.4 Kelvin尾迹红外辐射特征分析

5.5 内波尾迹红外辐射特征分析

5.6 小结

第六章 结论和展望

6.1 研究结论

6.2 研究展望

参考文献

致谢

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