动态海面瞬态散射模拟方法研究

摘要

动态海洋表面的瞬态散射特性分析是研究海洋遥感、海上目标探测及识别的基础。由于动态的海洋表面可以看成动态的随机粗糙表面,因此对其的研究转化成动态的随机粗糙面的散射特性的研究。随着超宽带在遥感领域的广泛应用,研究动态的随机粗糙面的瞬态散射特性是必然需要。故本文围绕此进行展开。
　　本文采用时域积分方程方法来分析动态海洋表面的瞬态散射特性。为了保证时域积分方程方法(TDIE)结合时间步进算法(MOT)在一维动态海面(即二维问题)的可行性,本文从以下三个方面来阐述。
　　首先,针对二维理想导体目标,采用了二阶B样条函数作为时间基函数和精确计算矩阵元的方法对TDIE进行详细讨论,特别地,所谓的精确求解是将时间维度的积分解析计算,并针对奇异项提取出来精确地解析计算,而对于非奇异项采用高斯数值积分计算。同时,详细的推导出时域电场积分方程、时域磁场积分方程和时域组合场积分方程。一方面给出封闭体和开放体目标的数值算例,对所提方法的收敛性、精确性和可行性展开讨论。另一方面,对比了不同场积分方程的稳定性和精确性,验证了时域组合场积分方程在此两方面的优势。
　　其次,针对二维均匀介质目标,对基于两种不同组合方程(PMCHWT方程和Muller方程)的TDIE方法进行了讨论。采用如上的思想,一方面验证该思想在均匀介质目标的收敛性和精确性,另一方面对比两种不同组合方程对不同介质参数的适用性。
　　最后,基于以上的研究方法和经验,集中讨论海洋表面的瞬态特性及其多普勒特性。一方面,给出一维理想导电海洋的建模、基于TDIE所获得不同海况的散射回波和多普勒特性。特别地,为了提高计算效率和减少内存的占用率,采用了并行技术和对称矩阵压缩技术。另一方面,将理想导电海面扩展到良导体的海面进行研究,采用阻抗边界条件进行近似。并对比海面的理想导体等效和良导体等效的散射特性。

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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

1.3 本文研究内容

第二章 二维导体目标的瞬态散射特性分析

2.1 概述

2.2 理论公式推导

2.3 矩阵元素精确计算及递推公式推导

2.4 散射场计算

2.5 数值算例

2.5 本章小结

第三章 二维均匀介质目标的瞬态散射特性分析

3.1 概述

3.2 理论公式推导

3.3 数值离散及其矩阵元素计算

3.4 散射场计算

3.5 数值算例与讨论

3.6 本章小结

第四章 动态海洋表面的瞬态散射特性分析

4.1 概述

4.2 一维动态海洋表面的生成

4.3 锥形入射波

4.4 一维导电动态海面的散射分析

4.5 一维介质海面的散射分析

4.6 本章小结

第五章 结论

5.1 本文工作的主要贡献

5.2 进一步工作的建议

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文情况