FDTD方法在粗糙地面及其与目标复合电磁散射中的应用

摘要

本文利用时域有限差分方法（FiniteDifferenceTimeDomain,FDTD）研究了粗糙地面电磁散射特性及其与目标的复合散射特性。主要包括单层及分层随机粗糙地面的电磁散射、单层及分层粗糙地面与其上方矩形截面柱的复合电磁散射。论文主要工作如下：
　　1、分别模拟了指数型和分形粗糙地面，引入Wang和Schmugge的四成分模型、复合介质极化模型与介电常数计算模型，给出了水、雪、土壤以及路面结构层材料的介电常数计算公式，讨论了不同土壤类型的介电常数随土壤湿度和入射波频率变化的关系。
　　2、利用FDTD方法，结合Wang和Schmugge的四成分模型，计算了指数型随机粗糙地面与一维带限Weierstrass分形粗糙地面的双站散射系数。详细讨论了不同极化方式下高度起伏均方根、相关长度、分维数、尺度因子、土壤湿度、入射波频率和入射角等参数对散射系数的影响。
　　3、利用FDTD方法计算了指数型地面、一维带限Weierstrass分形地面与上方无限长矩形截面柱的复合电磁散射系数，讨论了不同极化方式下粗糙面粗糙度参数、土壤湿度以及目标大小、高度、倾角等参数对散射系数的影响。
　　4、给出了分层粗糙面散射的FDTD计算模型，利用FDTD方法计算了指数谱分布与分形分布的雪层覆盖的粗糙地面的电磁散射系数，讨论了不同极化方式下粗糙面高度起伏均方根、相关长度、分维数、土壤湿度、雪层类型、雪层厚度、入射角等参数对散射系数的影响。
　　5、给出了分层粗糙面与上方目标复合电磁散射的FDTD计算模型，利用FDTD方法计算了指数谱分布和分形分布的雪层覆盖的粗糙地面与上方无限长矩形截面柱的复合电磁散射系数，讨论了不同极化方式下粗糙面粗糙度参数、土壤与雪层参数以及目标大小、高度、倾角等参数对散射系数的影响。

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第一章 绪 论

§1.1 研究背景及意义

§1.2 国内外研究动态

§1.3 论文的主要内容及框架

第二章 实际地面模拟与复合介质介电常数模型

§2.1 实际地面模拟

§2.2 土壤及路面结构层材料介电常数模型

§2.3 本章小结

第三章 时域有限差分方法（FDTD）

§3.1 二维空间中 FDTD 基本公式

§3.2 数值稳定性与数值色散

§3.3 吸收边界条件

§3.4 TF/SF 边界条件

§3.5 近—远场外推

§3.6 FDTD 程序验证

§3.7 本章小结

第四章 单层粗糙地面及其与目标电磁散射特性研究

§4.1 引言

§4.2 单层粗糙地面电磁散射特性研究

§4.3 单层粗糙地面与目标复合电磁散射特性研究

§4.4 本章小结

第五章 雪层覆盖的粗糙地面及其与目标电磁散射特性研究

§5.1 引 言

§5.2 雪层覆盖的粗糙地面电磁散射特性研究

§5.3 雪层覆盖的粗糙地面与目标复合电磁散射特性研究

§5.4 本章小结

第六章 结 束 语

致谢

参考文献

作者攻读硕士期间参加的科研项目及撰写论文情况