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粗糙地面上复杂目标的正向散射中心参数化建模研究

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电波科学学报 2020年第2期35卷 205-213页

作者：张羽绒何思远张云华朱国强刘进武汉大学电子信息学院武汉430072

为了研究复杂目标与粗糙地面的复合电磁散射,提出了一种粗糙地面上复杂目标散射中心参数化建模的方法.首先对复杂目标进行高精度三维几何建模,同时对地面的三维几何模型进行数值模拟.然后直接从模型出发,采用射线分裂追踪技术对空间射... 详细信息

为了研究复杂目标与粗糙地面的复合电磁散射,提出了一种粗糙地面上复杂目标散射中心参数化建模的方法.首先对复杂目标进行高精度三维几何建模,同时对地面的三维几何模型进行数值模拟.然后直接从模型出发,采用射线分裂追踪技术对空间射线进行标记与归类,将复杂环境和目标的强散射源进行分离及定量表征.最后基于属性散射中心模型形式,正向确定散射中心模型的参数,构建粗糙地面上复杂目标散射中心参数化模型.文章给出了裸土上坦克的散射中心参数化模型,并将重构的合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)图像与可信的高频算法仿真SAR图像进行对比分析,重构结果与仿真结构具有较好的一致性,验证了对该类目标进行参数化建模的有效性,拓展了正向参数化建模目标适用范围.

关键词：粗糙地面复杂目标复合电磁散射合成孔径雷达(SAR)图像散射中心参数化建模

不同土壤类型的粗糙地面与其下方埋藏目标复合电磁散射研究

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物理学报 2010年第5期59卷 3179-3186页

作者：王蕊郭立新王安琪西安电子科技大学理学院西安710071

利用MOM研究了不同土壤类型的一维有耗介质粗糙地面与其下方二维埋藏目标的复合电磁散射问题,在数值计算中,引入了锥形入射波以减少粗糙面模拟中由于人为截断所引起的计算误差.当给定入射波频率、土壤成分及土壤温度和土壤湿度后,可以... 详细信息

利用MOM研究了不同土壤类型的一维有耗介质粗糙地面与其下方二维埋藏目标的复合电磁散射问题,在数值计算中,引入了锥形入射波以减少粗糙面模拟中由于人为截断所引起的计算误差.当给定入射波频率、土壤成分及土壤温度和土壤湿度后,可以根据相关模型计算出土壤的相对介电常数.数值结果以二维无限长导体圆柱为例,利用Monte Carlo方法统计计算了双站复合散射截面随土壤类型、土壤湿度、入射波频率及均方根高度等的变化情况,并做了详细分析及讨论.该研究结果对于探地雷达在民用、军事、工业等多领域的应用具有一定的理论指导价值.

关键词：粗糙地面土壤类型相对介电常数四成分模型

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粗糙地面上相邻两树干的电磁散射模型

电波科学学报 1999年第3期14卷 268-273页

作者：王显德罗贤云张忠治傅君眉中国电波传播研究所河南新乡453003 西安交通大学西安710049

用有限长多层介质圆柱模拟实际的树干，建立了基于粗糙地面上相邻两树干电磁散射模型。用迭代方法和等效原理，求解了多层介质圆柱的散射矩阵。用互易原理求解了相邻有限长多层介质圆柱包括其二次散射场在内的解析表达式。用矩量法验证... 详细信息

用有限长多层介质圆柱模拟实际的树干，建立了基于粗糙地面上相邻两树干电磁散射模型。用迭代方法和等效原理，求解了多层介质圆柱的散射矩阵。用互易原理求解了相邻有限长多层介质圆柱包括其二次散射场在内的解析表达式。用矩量法验证了此方法的有效性。考虑地面有一定粗糙度，在Ｌ、Ｃ、Ｘ等波段，分析了树干表层对其散射特性的影响。

关键词：互易原理有限长多层圆柱的散射粗糙地面

FDTD方法分析高功率微波粗糙地面散射特性

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强激光与粒子束 2010年第9期22卷 2092-2096页

作者：齐国雷周东方饶育萍宋航解放军信息工程大学解放军61785部队

采用时域有限差分方法(FDTD)对高功率微波(HPM)近地面传输进行了仿真,其中提出的一种完全匹配层-广义完全匹配层混合吸收边界,较好地抑制了常规FDTD方法在计算低掠射角入射时产生的边缘绕射现象。将理想水平地面数值计算结果与解析法结... 详细信息

采用时域有限差分方法(FDTD)对高功率微波(HPM)近地面传输进行了仿真,其中提出的一种完全匹配层-广义完全匹配层混合吸收边界,较好地抑制了常规FDTD方法在计算低掠射角入射时产生的边缘绕射现象。将理想水平地面数值计算结果与解析法结果对比验证计算模型的正确性,通过数值计算结果分析高功率微波粗糙地面的散射特性。理论分析和仿真结果表明:粗糙地面对散射系数变化影响较明显,从宏观角度上看,散射系数曲线同理想水平地面散射系数曲线相似,即随掠射角的增大散射系数先减小后增大;从微观角度上看,由于粗糙地面的作用,其散射系数曲线并不存在布鲁斯特角,且在某一区域并非单调增加或减小。

关键词：高功率微波粗糙地面散射特性时域有限差分混合吸收边界

粗糙地面上复杂目标电磁散射高频建模方法研究

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粗糙地面上复杂目标电磁散射高频建模方法研究

作者：张羽绒武汉大学

学位级别：硕士

对于粗糙地面上复杂目标的电磁散射特性研究不论是在雷达探测领域、目标识别领域还是在遥感领域都有着非常重要的应用价值,因此这项研究一直是电磁领域较为复杂但却具有实际应用价值的研究课题。实际情况下的目标往往都不是孤立的,如地... 详细信息

对于粗糙地面上复杂目标的电磁散射特性研究不论是在雷达探测领域、目标识别领域还是在遥感领域都有着非常重要的应用价值,因此这项研究一直是电磁领域较为复杂但却具有实际应用价值的研究课题。实际情况下的目标往往都不是孤立的,如地面上的坦克、装甲车,海面上的舰船等,因此在对目标散射进行研究时必须考虑地面或海洋环境对目标电磁散射的影响。但是,在经典的散射问题研究时,人们往往将粗糙表面和复杂目标的散射分开来研究。目前用于模拟地/海环境的随机粗糙面的高频RCS的仿真及成像方法已非常成熟,同时,用于计算单独复杂目标散射的高频近似算法也在飞速发展,但是同时考虑粗糙面与复杂目标散射问题的算法却比较少见,这大大限制了理论研究的实际应用价值。为了研究粗糙地面与复杂目标的复合散射问题,本文首先对复杂目标进行高精度三维(3D)几何建模,同时对3D粗糙地面进行数值仿真,然后基于混合的几何光学-物理光学法(GO-PO)对复合目标的散射进行高频预估计算,并根据计算结果对复合目标的RCS特性和SAR成像特性进行分析研究。直接从地面上复杂目标进行部件分解后的几何模型出发,采用空间射线分集技术实现复合目标中各个散射源的分解,然后通过借助属性散射中心模型的形式,正向的确定散射中心模型中的每个参数,最终建立了粗糙面上复杂目标的散射中心参数化模型。最后,对所得参数化模型的RCS特性以及SAR图像特性进行分析研究。这一研究为粗糙面与复杂目标的复合散射提供了一条新的辅助途径,对雷达自动目标识别(ATR)具有重要意义。本文的内容主要包括:1、研究了实际粗糙地面的数值仿真模型。给出了适用于实际粗糙地面的数学模型以及粗糙地面表面的生成算法,并对其介电特性进行了研究,选用适用于实际土壤表面的四成分模型来计算地面的相对复介电常数。2、研究了粗糙地面上复杂目标的电磁特性高频预估算法。基于混合的GO-PO算法,对粗糙地面上两种常见类型坦克和运输车的雷达散射截面积(RCS)特性以及SAR图像特性进行了分析,并与实测数据进行了分析比较,验证了高频预估方法对粗糙面与复杂目标耦合散射的适用性以及有效性。3、研究并构建了粗糙地面上复杂目标的散射中心参数化模型。直接从进行部件分解后的复合目标的几何模型出发,利用空间射线分集技术对复合目标进行散射中心提取,并根据散射中心幅值的大小对散射中心进行排序、筛选;然后基于属性散射中心模型的形式,对模型中的参数进行正向的确立,最终建立了粗糙面上坦克的散射中心参数化模型,并将其重构SAR图像与实测SAR图像和高频预估SAR图像进行了对比分析,验证了文中建模方法对此类目标的适用性。

关键词：粗糙地面复杂目标高频预估混合GO-PO 散射中心参数化建模自动目标识别(ATR)

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粗糙地面上植被模型的电磁散射研究

粗糙地面上植被模型的电磁散射研究

作者：林佳楠西安电子科技大学

学位级别：硕士

本论文结合理论与实验测量研究了粗糙地面上植被的电磁散射。基于考虑了遮蔽效应的粗糙面电磁散射的基尔霍夫近似理论,对MIMICS森林散射模型进行修正得到了双层植被电磁散射模型。应用VRT方程和Monte-Carlo模拟技术研究了双层以及三层... 详细信息

本论文结合理论与实验测量研究了粗糙地面上植被的电磁散射。基于考虑了遮蔽效应的粗糙面电磁散射的基尔霍夫近似理论,对MIMICS森林散射模型进行修正得到了双层植被电磁散射模型。应用VRT方程和Monte-Carlo模拟技术研究了双层以及三层植被的电磁散射。论文主要工作如下: 1、采用广义Rayleigh-Gans近似计算植被层中单个散射体的散射场。将有限长圆柱的内场替代为无限长圆柱的内场计算了有限长圆柱的散射场。 2、运用矢量辐射输运理论计算了双层植被散射模型中的零阶和一阶迭代解,分析了小麦的后向散射系数与入射角之间的关系、以及植被湿度与地面湿度等参数对散射特性的影响。 3、运用Monte-Carlo模拟技术研究了粗糙地面上簇分布植被的电磁散射特性。采用了单次散射近似计算植被中的散射体,考虑了不同散射体之间相位差的影响。研究了簇分布结构对植被散射的影响,分析了簇分布植被的后向电磁散射系数与簇位置分布和入射波频率之间的关系。研究了体-面相互作用散射引起的后向散射增强效应,以及增强的角宽度与入射波频率和植被高度之间的关系 4、基于相邻圆柱的二次散射场,建立了三层植被相干散射模型,运用Monte-Carlo方法计算了不同波段三层森林植被的后向电磁散射系数,并将所得值与VRT方程的理论值对比,验证了该模型的准确性。

关键词：植被粗糙地面电磁散射矢量辐射传输方程蒙特卡罗法

雪层覆盖的粗糙地面与上方矩形截面柱复合电磁散射的时域有限差分法研究

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物理学报 2012年第14期61卷 165-174页

作者：任新成郭立新焦永昌西安电子科技大学天线与微波技术国家重点实验室西安710071 延安大学物理与电子信息学院延安716000 西安电子科技大学理学院西安710071

采用土壤介电常数的四成分模型和雪的介电常数模型分别表示实际的地面和雪层的介电特性,应用指数型分布粗糙面模型和Monte Carlo方法模拟实际的粗糙地面,运用时域有限差分方法研究了雪层覆盖的粗糙地面与上方矩形截面柱的复合电磁散射问... 详细信息

采用土壤介电常数的四成分模型和雪的介电常数模型分别表示实际的地面和雪层的介电特性,应用指数型分布粗糙面模型和Monte Carlo方法模拟实际的粗糙地面,运用时域有限差分方法研究了雪层覆盖的粗糙地面与上方矩形截面柱的复合电磁散射问题.得出了复合电磁散射系数的角分布曲线,计算了双站复合散射系数随土壤与雪层粗糙度参数、介电参数、矩形截面柱几何参数、介电参数等的变化情况,并做了详细分析与讨论.得到了雪层覆盖的粗糙地面与上方矩形截面柱复合电磁散射特性.

关键词：时域有限差分法电磁散射粗糙地面矩形截面柱

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随机粗糙地面与下方目标复合电磁散射研究

微波学报 2010年第S2期26卷 21-24页

作者：王蕊郭立新王安琪梁玉西安电子科技大学理学院西安710071

利用MOM研究了不同土壤类型的有耗介质粗糙地面与其下方埋藏金属目标的复合电磁散射问题,在数值计算中,引入了锥形入射波以减少粗糙面模拟中由于人为截断所引起的计算误差。当给定入射波频率、土壤成分及土壤温度和土壤湿度后,可以根据... 详细信息

利用MOM研究了不同土壤类型的有耗介质粗糙地面与其下方埋藏金属目标的复合电磁散射问题,在数值计算中,引入了锥形入射波以减少粗糙面模拟中由于人为截断所引起的计算误差。当给定入射波频率、土壤成分及土壤温度和土壤湿度后,可以根据相关模型计算出土壤的相对介电常数。数值结果以二维无限长导体圆柱为例,利用Monte-Carlo方法统计计算了双站复合散射截面随土壤湿度、均方根高度的变化情况,并做了详细分析及讨论。

关键词：粗糙地面土壤类型相对介电常数四成分模型矩量法

基于MPI实现粗糙地面电磁散射并行FDTD计算

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微波学报 2010年第4期26卷 19-23页

作者：齐国雷胡浩周东方候德亭张闯解放军信息工程大学 61785部队江南计算技术研究所

提出了在由微机互连构成的机群(COW)并行计算系统上应用信息传递的方式实现粗糙地面散射并行FDTD算法。综合考虑了区域分割和负载平衡因素,并详细分析了子区域在普通网格和吸收边界处与相邻子区域的场值的数据传递,提高了二维粗糙地面F... 详细信息

提出了在由微机互连构成的机群(COW)并行计算系统上应用信息传递的方式实现粗糙地面散射并行FDTD算法。综合考虑了区域分割和负载平衡因素,并详细分析了子区域在普通网格和吸收边界处与相邻子区域的场值的数据传递,提高了二维粗糙地面FDTD并行计算效率。解决了在计算电大尺寸粗糙地面散射时产生的内存不足和计算耗时长等瓶颈问题。理论分析和数值计算结果验证了该算法的正确性;当计算电大尺寸的粗糙地面散射时,并行效率提升明显,即当参与计算的处理器数量达到6个时,并行效率仍然可以保持在90%以上。

关键词：并行计算时域有限差分粗糙地面电磁散射信息传递接口(MPI)