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海面电磁与光散射特性研究

作　者: 张延冬
导　师: 吴振森
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 无线电物理
关键词: 海面模拟 电磁散射 双尺度法 混沌 积分方程法 脉冲 光散射
分类号: P733.3
类　型: 博士论文
年　份: 2004年
下　载: 496次
引　用: 16次
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内容摘要


本文首先总结了目前为止海面模拟的各种方法，包括统计模型与分形模型，并且针对传统的分形模型的局限性，重点讨论了扩展的分形模型。在此基础上对传统的双尺度法进行修正来计算二维海面的电磁散射，用数值方法得到了大尺度粗糙度每一点的斜率，利用Z-BUFFER消隐算法数值计算了遮挡函数，同时考虑了大尺度粗糙度的曲率效应，通过与实测数据进行对比验证了修正的双尺度法的正确性。 在构造二维时变动态海面的基础上，通过数值模拟得到了不同参数条件下的海杂波时间序列。采用混沌理论进行海杂波特性分析，讨论了重构相空间及计算关联维数的具体过程，并给出了计算最大Lyapunov指数的方法，这种方法对杂波时间序列的长度没有限制，并且容易实现。 采用积分方程法推导出了二维粗糙面的双频互相关和角相关函数，数值计算了具有不同粗糙度的良导体粗糙面的双频互相关函数，在此基础上分别计算了二维粗糙面对δ脉冲、Gaussian脉冲和矩形脉冲的散射，并给出了散射脉冲的波形。 基于Gram-Charlie分布函数并利用三阶统计特性推导出了非Gaussian二维粗糙面的双频互相关和角相关函数的计算公式，并以二维海面为例计算了其对几种典型波形脉冲的散射，讨论了脉冲展宽效应。 将面元法与Kirchhoff近似和微扰法相结合数值计算了海面的光散射，采用Lowtran7软件得到了阳光和天背景的辐射，在此基础上研究了我国东南沿海不同时刻、波段和海况下海面对阳光和天背景辐射的散射。

全文目录


第一章 绪论  9-23
  1．1 研究背景及意义  9-10
  1．2 国内外研究概况和发展趋势  10-19
    1．2．1 海面建模  10-12
    1．2．2 海面散射  12-18
    1．2．3 海杂波分析  18-19
  1．3 本文的主要工作  19-23
    1．3．1 论文的安排  19-20
    1．3．2 论文的主要贡献  20-23
第二章 海面模拟  23-38
  2．1 海谱  23-26
    2．1．1 A．K．Fung的半经验海谱  23-25
    2．1．2 JONSWAP谱  25-26
  2．2 海面模拟的统计方法  26-28
    2．2．1 Monte Carlo方法  26
    2．2．2 海浪波方程  26-28
  2．3 海面模拟的分形方法  28-30
    2．3．1 分数布朗运动模型  29
    2．3．2 带限Weierstrass分形函数  29-30
  2．4 海面模拟的扩展分形方法  30-37
    2．4．1 扩展的自相似性条件  31
    2．4．2 渐进分数布朗运动模型  31-33
    2．4．3 广义Hurst参数的估计方法  33-35
    2．4．4 分数布朗运动与渐进分数布朗运动粗糙面的电磁散射比较  35-37
  2．5 本章小结  37-38
第三章 二维海面电磁散射计算的修正的双尺度法  38-49
  3．1 传统的双尺度法  38-39
  3．2 修正的双尺度法  39-43
    3．2．1 遮挡修正  39-41
    3．2．2 曲率修正  41-42
    3．2．3 斜率修正  42-43
  3．3 数值计算结果与分析  43-48
  3．4 本章小结  48-49
第四章 海杂波的混沌分析  49-58
  4．1 引言  49-50
  4．2 海杂波的混沌分析  50-57
    4．2．1 相空间重构  50-52
    4．2．2 关联维  52-55
    4．2．3 Lyapunov指数  55-57
  4．3 本章小结  57-58
第五章 二维粗糙面对脉冲波的散射研究  58-80
  5．1 引言  58-59
  5．2 积分方程法的基本原理  59-64
  5．3 二维粗糙面双频互相关及角相关函数分析  64-74
    5．3．1 双频互相关及角相关函数的引入  64-66
    5．3．2 双频互相关及角相关函数的公式推导  66-69
    5．3．3 遮挡效应  69
    5．3．4 数值计算结果及分析  69-74
  5．4 二维粗糙面对脉冲波的散射  74-79
  5．5 本章小结  79-80
第六章 非Gaussian二维粗糙面的脉冲散射及在海面散射中的应用  80-93
  6．1 双相关函数与双谱  80-82
  6．2 非Gaussian二维粗糙面双频互相关函数分析  82-84
  6．3 二维海面脉冲散射计算与分析  84-91
  6．4 本章小结  91-93
第七章 二维海面对阳光及天背景辐射的散射  93-105
  7．1 引言  93
  7．2 粗糙面光散射与辐射基本概念  93-96
    7．2．1 激光雷达散射截面  93-94
    7．2．2 双向反射分布函数  94-95
    7．2．3 BRDF与LRCS的关系  95-96
  7．3 二维海面对阳光及天背景辐射的散射计算  96-98
    7．3．1 海面对光波的散射计算  96-98
    7．3．2 海面对太阳辐射的散射计算  98
    7．3．3 海面对天背景辐射的散射计算  98
  7．4 计算结果与分析  98-103
    7．4．1 海面对光波的散射结果  98-99
    7．4．2 海面对阳光及天背景辐射的散射结果  99-103
  7．5 本章小结  103-105
结束语  105-107
致谢  107-109
参考文献  109-121
作者在攻读博士期间的研究成果  121-123
附录A 双频互相关及角相关函数的公式推导  123-132

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中图分类: > 天文学、地球科学 > 海洋学 > 海洋基础科学 > 海洋物理学 > 海洋光学
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