本文關鍵詞：動態(tài)海面及其上方目標的電磁散射建模與回波特性分析

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【摘要】：三維動態(tài)海面及其上方目標的電磁散射計算和回波特性研究是海面電磁散射研究領域中的重點難點問題,主要表現(xiàn)在下述幾個方面：首先海面是時變動態(tài)的,目海面的電磁散射往往都是超電大尺寸的電磁散射問題,從而導致三維動態(tài)海面的電磁散射回波計算最很大,因此僅僅針對海面的電磁散射就已經成為計算電磁學·l,的難點問題。其次,當運動目標處于動態(tài)運動的海面上方時,其電磁散射回波為目標與海面相互作用后的散射回波,目標與海面之間耦合的電磁建模也是研究中的難點問題。最后,不論是對海雜波特性的研究還是對處于海背景下目標電磁回波的特性研究,由于海面的隨機性,若想獲得其統(tǒng)計特性往往需要大量樣本的計算,增加了研究的計算成本和復雜度。本文按照由動態(tài)海面幾何建模到電磁散射計算最后進行回波特性分析的邏輯順序系統(tǒng)地研究了三維動態(tài)海面及其上方目標的電磁散射計算和回波特性,分析了動態(tài)海面電磁散射回波的多普勒頻譜特性,海雜波分布及混沌特性,并探討了動態(tài)海面與目標回波的多普勒頻譜,以及目標處于海背景時的成像問題。本文的主要研究工作從下述幾個方面展開：1.針對大型海面在大入射角度的電磁散射問題,將多層快速多極子這一精確的數(shù)值計算方法引入到對大入射角度下三維動態(tài)海面的電磁散射研究中。采用準靜態(tài)方法來模擬高頻地波雷達體制下三維動態(tài)海面的多普勒回波特性和X波段破浪的多普勒回波特性。2.從目標在海面上運動時的電磁散射問題出發(fā),采用高低頻混合方法研究了三維目標與海面的復合電磁散射問題,為使該算法更具實用性,通過遠場近似和繼承迭代的技術來對其加速,使得該算法在不增加計算量的前提下極大地節(jié)省了電磁散射計算時間,從而利用該方法實現(xiàn)了對三維動態(tài)海面上方動態(tài)低空飛行目標的電磁散射回波計算,并對其多普勒回波頻譜進行分析。3.建立了對動態(tài)海面的電磁散射回波特性研究的框架,并通過三個方面：海雜波的頻譜特性,海雜波的分布特性,海雜波的混沌特性等系統(tǒng)地研究了海雜波的特性。通過該框架仿真了不同頻段的海雜波分布特性,發(fā)現(xiàn)韋伯分布更適合描述高頻地波雷達回波的海雜波。通過對海雜波混沌特性的研究,證明了海雜波具有正的最大Lyapunov指數(shù),驗證了其混沌特性。4.在目標SAR成像問題的研究中,本文將海面與目標做了一體化的電磁敞射計算,仿真了SAR成像中目標處于海面背景時的場景,計及了海雜波對雷達回波的貢獻并考慮了海雜波對目標成像質量的影響。在成像算法的研究中,木文將基于壓縮感知的算法引入到對處于復雜場景下的目標成像研究中,在不影響成像質量的前提下極大的節(jié)約了電磁仿真在頻點和角度上所需要的數(shù)據(jù)量。
【關鍵詞】：電磁散射 動態(tài)海面 海雜波 多普勒頻譜
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：P714;TN011
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 緒論12-23
• 1.1 研究背景及意義12-14
• 1.2 研究歷史與現(xiàn)狀14-20
• 1.2.1 隨機海面電磁散射研究14-16
• 1.2.2 粗糙面與目標的研究16-17
• 1.2.3 動態(tài)海面回波分析17-19
• 1.2.4 海背景下目標成像19-20
• 1.3 本文主要創(chuàng)新點和結構20-23
• 1.3.1 主要創(chuàng)新點20-21
• 1.3.2 本文結構21-23
• 第二章 動態(tài)海面幾何建模和介質特性23-37
• 2.1 引言23-24
• 2.2 風驅海面24-29
• 2.2.1 海況描述24
• 2.2.2 海浪譜24-26
• 2.2.3 動態(tài)海面生成26-29
• 2.3 破碎波29-31
• 2.4 潛艇尾跡31-34
• 2.5 海水的介電常數(shù)34-36
• 2.6 本章小結36-37
• 第三章 動態(tài)海面回波的多普勒頻譜仿真與分析37-63
• 3.1 引言37-38
• 3.2 海面電磁散射基本概念38-41
• 3.2.1 雷達散射截面與散射系數(shù)38-39
• 3.2.2 電場表面積分方程39-41
• 3.3 海面電磁散射的MLFMA41-47
• 3.3.1 矩量法原理41-43
• 3.3.2 多層快速多極子43-47
• 3.4 海面散射的處理問題47-53
• 3.4.1 海而兒何截斷與錐形波47-49
• 3.4.2 阻抗加載技術49-50
• 3.4.3 錐形波與阻抗邊界的組合50-51
• 3.4.4 PM海面的電磁散射51-53
• 3.5 動態(tài)海面多普勒頻譜53-62
• 3.5.1 準靜態(tài)方法53-54
• 3.5.2 高頻地波雷達回波特性54-57
• 3.5.3 破波的多普勒頻譜57-62
• 3.6 本章小結62-63
• 第四章 動態(tài)海面及其上方目標復合電磁散射及多普勒頻譜63-80
• 4.1 引言63
• 4.2 復合電磁散射模型63-65
• 4.2.1 組合目標耦合迭代模型63-65
• 4.2.2 收斂判定65
• 4.3 海況下的耦合迭代算法65-69
• 4.3.1 基爾霍夫近似條件66-67
• 4.3.2 PO+MLFMA67
• 4.3.3 復合目標電磁散射算例67-69
• 4.4 加速迭代的方法69-73
• 4.4.1 快速遠場近似69-71
• 4.4.2 耦合區(qū)域的選取71
• 4.4.3 繼承迭代71-73
• 4.5 動態(tài)復合目標的Doppler頻譜73-78
• 4.5.1 目標的Doppler頻譜74
• 4.5.2 數(shù)值仿真結果與分析74-78
• 4.6 本章小結78-80
• 第五章 海雜波的經驗模型和統(tǒng)計特性80-98
• 5.1 引言80-81
• 5.2 海雜波的經驗模型81-86
• 5.2.1 GIT模型81-83
• 5.2.2 TSC模型83-85
• 5.2.3 NRL模型85-86
• 5.3 海雜波的分布特性86-92
• 5.3.1 常見海雜波的分布87-88
• 5.3.2 K-S統(tǒng)計檢驗88-89
• 5.3.3 海雜波分布算例89-92
• 5.4 海雜波混沌特性分析92-97
• 5.4.1 相空間重構93
• 5.4.2 嵌入維和關聯(lián)維93-94
• 5.4.3 最大Lyapunov指數(shù)94-95
• 5.4.4 動態(tài)海面的混沌特性分析95-97
• 5.5 本章小結97-98
• 第六章 復雜海背景下的目標成像98-114
• 6.1 引言98-99
• 6.2 海面的SAR成像99-102
• 6.2.1 海面散射強度空間分布與SAR成像99-100
• 6.2.2 潛艇內波的SAR成像100-102
• 6.3 復雜海背景下目標的成像102-113
• 6.3.1 距離-多普勒成像102-105
• 6.3.2 復雜海背景下艦船的SAR成像105-107
• 6.3.3 基于壓縮感知的成像107-113
• 6.4 本章小結113-114
• 第七章 總結及展望114-116
• 7.1 全文總結114-115
• 7.2 下一步研究工作的展望115-116
• 致謝116-117
• 參考文獻117-126
• 作者攻博期間取得的成果126-128
• 個人簡歷128

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本文編號：952430