具有A.K.Fung 海谱的粗糙海面电磁散射的微扰法研究

运用微扰法研究了平面电磁波入射随机粗糙面的电磁散射问题,得到了具有A.K.Fung海谱的粗糙海面散射截面的数学表达式,进一步得出了不同极化状态下散射系数的计算公式.通过数值计算得到了双站和单站两种情形下散射系数随散射角、风速、入射波频率变化的曲线,讨论了粗糙面高度起伏均方根、海水温度、风速、入射波频率对散射系数的影响,...     

各向异性海面全极化微波双站散射的仿真与分析

为了解各向异性随机粗糙海面的微波双站散射机制及其特性，本文利用解析近似的积分方程模型以及一种改进的半经验海浪谱模型实现了对各向异性随机粗糙海面的全极化微波散射仿真模拟，并与卫星观测数据、经验的地球物理模式函数及已有的解析近似散射模型仿真结果进行了对比，验证了仿真结果的可行性和准确性。利用该模型分析了入射波频率、入射角、极化方式、海面风速及风向等参数对各向异性海面双站散射的影响。模拟结果表明，在不同的入射角、散射角及方位角等观测几何条件下，海面不同波段的双站散射表现出不同的空间散射特性，且对风速、风向等海面动力学参数表现出不同的敏感性，以L波段为例，海面向后半球双站散射在各个极化方式下都对风速较为敏感，而在同极化方式下，其对风向的响应在中低风速和高风速条件下相反，整体而言，低风速下海面双站散射对风向更为敏感。这表明对于海面动力参数的反演，双站散射可以提供比传统单站雷达后向散射更丰富的物理信息。本文探讨了各向异性海面微波双站散射特性，为基于主动式及分布式微波传感器的海洋动力参数遥感反演提供了理论分析基础。     

极化X波段雷达海面溢油微波散射模型研究

为研究溢油对海面电磁散射的影响,作者根据海面复合微波散射模型理论和蒙特卡洛统计模型理论,通过引入单分子油膜的黏性阻尼,对粗糙的溢油海面进行建模,定量分析溢油对海浪谱和海面后向散射系数值两个方面的影响。为实现基于X波段雷达海面溢油检测提供理论支撑,有助于解决溢油检测中的虚警率高的问题。     

具有泡沫白帽的粗糙海面的后向散射

本文用迭代法求解离散球形粒子的矢量辐射传输方程和随机粗糙界面的边界条件,得到了强风驱使下产生泡沫白帽散射粒子的双尺度随机粗糙海面模型的后向散射.利用修正的Cox和Munk的海面大尺度起伏概率密度函数和Pierson的海面波高谱,得到了后向散射的数值结果,定量地给出了后向散射和风场大小、方向、视角、极化等特征参数之间的函数关系,并与实验数据进行了很好的比较和讨论.     

不同风区海面雷达后向散射的极化特征对比分析

通过对海南省南保港附近海面ＳＩＲ－Ｃ／Ｘ－ＳＡＲ全极化数据的定量研究,对比研究了该海面不同风区海面的全极化信息特征,定量分析了海面散射的极化信息和极化状态的空间结构情况：用散射矩阵的迹解释了不同海区的散射强度对应关系：对比海面散射极化响应可以确定不同成长类型的粗糙海面类型;用极化响应图的对称特点界定“长尺度”和“短尺度”海面;建立全极化海面散射模型。讨论了海面电磁散射的贡献与雷达系统参数之间的定量     

海浪微波散射理论模式

在假设海面白帽为球形气泡层的基础上,利用白帽海面的矢量辐射传输方程各随机粗糙面散射模型建立了海面的微波散射模型。辐射传输方程利用迭代法求解,随机粗糙面散射模型采用双尺度散射模型,利用白帽覆盖率的经验公式计算海面的微波散射特性。数值计算结果表明,随着气泡厚度的增加球形气泡散射系数越来越接近球形粒子散射系数;白帽对散射同的贡献随风速增大而增大;侧风情况比逆风和顺风情况影响均大;水平极化比垂直极化影响大     

基于微扰法的改进一维分形模型分层海面电磁散射研究

运用微扰法研究了平面波入射分层介质粗糙面的电磁散射,采用改进的一维分形海面模型模拟实际的分层海面,推导出了平面波入射时的散射系数计算公式。通过数值计算得到了HH极化双站散射系数随散射角的变化曲线,讨论了中间介质介电常数和厚度、摩擦风速和入射波频率对双站散射系数的影响,得到改进的一维分形分层海面散射系数的基本特征、分区特征和随频率变化的特征,结果表明散射系数近似具有"量子化"特征。这些结果在诸如海洋遥感、无线电传播与通信、粗糙面重构等方面中有着广泛的应用。     

海面环境下舰船目标的RCS测试建模分析

在分析国内外海面环境下舰船目标电磁散射特性测试建模技术研究现状和海面环境下舰船目标电磁散射特点的基础上,提出了一种“半确定性”的海面环境下舰船目标的电磁散射特性建模仿真计算方法。 该方法可以在不具备外场全尺寸测试或造浪条件下电磁缩比试验条件时,以一定的置信度获取海面舰船的耦合电磁散射特性,为研究海面舰船雷达隐身设计验证提供支撑。     

利用航天飞机成像雷达图像分析南海内波

利用航天央南海海面获取的内波的合成孔径雷达（ＳＡＲ）图像数据,计算并对比分析了不同波段海面的后向散射系数的差异。系统给出了ＳＡＲ图谱到海浪二维谱的计算过程,改进了一些处理方法以适用于内波分布海面,并利用众ＳＡＲ图像获得的海浪谱,简要分析了内波与风成海浪的相互作用,探讨该区内波的激励因素,认为潮流是激励温跃层在该海区产生有规模内波的主要因素。     

二维海浪波包跨水平特征量及其应用

将Adler关于二维随机波场跨水平特征量的理论应用于二维线性随机海浪,严格导出了二维海浪波包的跨水平特征量表达式,并利用该式讨论了给定时刻二维海浪的一种几何结构——大波簇集情况。对于海面上波高均超过较高参考水平的一簇大波,给出了一个计算其中波峰平均个数的公式,它与Glazman所给出的公式不同另外还给出计算上述大波簇平均面积的公式。最后结合现有的海浪万向谱给出一些具体计算结果,并对这些结果进行了讨论。     

一种改进的随机起伏海面的仿真方法

根据线性滤波器模型的基本原理,提出了一种改进的基于高阶滤波器的随机起伏海面仿真方法.利用Pierson的半经验海浪谱模型,得到了各种不同风速条件下海面随机起伏的仿真结果,并且对仿真结果进行了比较和讨论,结果表明,利用高阶滤波器方法能更加准确地仿真不同风速下的实际海面、更好地再现随机起伏海面的海浪谱特征.这一方法的提出为海浪的物理模拟实验提供了更为准确的数值计算方法,也为研究目标与海面共存条件下高频地波雷达信号的回波特性提供了更好的数值仿真平台.     

起伏海面的雷电电磁场传播特征及其对闪电定位精度的影响

为了研究起伏海面对雷电电磁传播的影响,本文利用Barrick表面阻抗理论和Wait近似算法,采用改进二维分形海面模型模拟起伏海面,利用数值模式,分析起伏海面的雷电电磁传播特征,并进一步讨论了起伏海面对时差法闪电定位系统定位精度的影响。结果表明:起伏海面对垂直电场和磁场的峰值的影响不显著,但会引起波形的上升期时间的延长,浪高越大,影响越明显;随着观测距离的增加,雷电垂直电场波形的上升时间逐渐变长;风速的变化与雷电垂直电场波形的上升时间成正比;由于海面起伏引起雷电电磁场波形在传播中的变化会影响基于时差法闪电定位系统的定位精度,定位误差可达几至十几公里。     

ERS散射计风速资料反演海面粗糙度

本文首先提出了一个利用海面风场计算海面粗糙度(空气动力学粗糙长度)的模式。应用ERS-1/2散射计风速资料,对我国南海海域的海面粗糙度进行了初步的研究。卫星散射计测风具有高精度和高空间分辨率等特点,这对于研究海面粗糙度及波长、周期和波陡等波浪信息研究提供了坚实的数据基础。     

非线性随机表面Kirchhoff散射模式

自从Longuet-Higgins(1963)根据非线性作用导出较正态分布为准确的波面高度分布以来,高阶矩在军事、高科技等很多方面得到了应用。Huang等(1980)曾检验了高阶非线性分布,他们发现当波高概率分布中包含直至四阶项时与观测结果相符,但如果考虑更高阶不但效果不好,反而更差。尽管非线性随机过程在海浪理论中获得了广泛的应用,但对海面雷达散射研究仅讨论到三阶矩的影响(Fung et al.,1991;Chen et al.,1992)。电磁随机表面散射理论有适应大尺度随机起伏的粗糙面的Kirchhoff散射模式、轻度粗糙表面的微扰散射模式、大小尺度独立叠加的双尺度散射模式、全波散射模式(Bahar,1987)和积分方程散射模式(Chen et al.,1992)等。对随机粗糙Kirchhoff表面电磁波散射问题,尽管几十年来许多科学家已经进行了大量研究(Fung et al.,1991; Ulaby et al.,1982;Wu et al.,1988),Eom等(1983)曾对Gaussian面和非 Gaussian面的散射特性进行了比较研究,Fung等(1991)将Kirchhoff散射模式推广应用到三阶粗糙随机表面,然而更高阶矩对散射截面的影响还未见报道。本文在Fung等(1991)的基础上将Kirchhoff散射模式推广应用到四阶项,并对模式的应用进行了分析和讨论。     

一种海面微波散射模式的迭代解

采用随机粗糙面上部分覆盖球形气泡的海面微波散射模式,将非均质大气中的光散射的辐射传输理论推广到此模式中去,得到了辐射强度满足的积分方程关系式。     

收发分置声纳浅海近程混响信号建模研究

研究了收发分置声纳浅海近程混响的建模与仿真,模型主要基于单元散射理论,依据散射系数相关半径来划分海面、海底散射单元,通过模拟海面、海底混响形成的物理过程建立单接收与多接收模型。模型中考虑声纳设备参数(指向性、收发位置、发射信号)及环境因素(海面运动、海底粗糙程度)对混响建模的影响。设计程序实现浅海近程单接收与多接收混响信号模型并仿真计算出混响时间序列,提供GUI(Graphical User Interface)用户图形界面支持。对建模仿真的混响信号进行统计分析,验证了论文建立的浅海混响信号模型的正确性。     

二维EMD 方法在微尺度波斜率波数谱提取中的应用

进行海面微尺度波频率分析时,为消除重力波影响,引入二维 EMD(经验模态分解)方法滤除造成频率混叠的长重力波,然后进行傅立叶变换,得到海面微尺度波谱,进一步处理得到斜率波数谱。斜率波数谱提取结果表明：采用二维EMD方法可以有效滤除图像中混叠的长波信息,在此基础上进行微尺度斜率波谱计算的结果与国外已有结果基本一致。文中还将二维 EMD 方法与小波方法的处理结果进行了比对,结果表明在滤除长波的影响时,二维EMD方法具有其较明显的优势。     

基于海杂波随机游走模型的多重分形谱分析

海杂波具有非线性、非平稳和时变特性,多重分形测度分析是对物理系统局部奇异性的一个完整描述。本文根据海杂波电磁散射的经典模型——随机游走模型,利用随机微分理论对海杂波的物理特性进行了系统地建模分析。建立了描述海杂波电磁散射时变特性的随机微分方程,利用Itô公式得到了海杂波散射信号幅度和相位的扩散过程模型,并利用多重分形谱分析了该模型的奇异性。为了验证其准确性,与加拿大McMaster大学IPIX雷达实测海杂波数据的多重分形谱进行对比,实验结果表明两者完全一致,从而表明基于随机游走的随机微分模型是描述海杂波动力学机理的有效算法。     

合成孔径雷达反演黄海海面风场

基于后向散射系数反演高空间分辨率海面风场,采用谱方法确定风向,并利用CMOD4模式函数反演风速。以ERS-2 SAR黄海区域图像为例,反演海面风场,并将反演结果同QuikSCAT散射计对比,比较吻合,证明该方法在黄海区域的可行性。     

基于二维激光观测的溢油及其乳化过程散射模式研究进展

合成孔径雷达(SAR)以其高分辨率、能不受雨云影响实施全天时全天候全方位监测,在海面溢油灾害应急监测过程中发挥着越来越重要的作用。溢油是因为海面油膜抑制了毛细波和重力波,在SAR图像上呈暗斑而被识别。然而,海面溢油的乳化过程直接影响SAR对海面溢油后向散射截面的观测精度。本研究以物理海洋学和激光原理以及海面电磁散射理论为基础,通过实验利用激光扫描仪观测海面溢油粗糙度,分别与溢油特征参数、后向散射系数建立对应关系;耦合海面溢油参数与后向散射截面的关系,利用电磁散射数值建模方法,建立海面溢油散射模型,研究海面溢油乳化过程对微波后向散射截面的影响。本项目的研究将为SAR监测海面溢油量、溢油厚度及油品分布格局提供了可能;将进一步揭示海面溢油的散射机制,提高SAR海面监测溢油的精度和能力。