海浪的模拟技术已在很多领域获得了重要的应用,主要包括工程领域、科学领域、虚拟现实、商业领域等。随着海浪模拟研究的逐步深入和计算机软硬件的飞速发展,人们对海浪模拟的实时性和真实感提出了更高的要求。自雷达技术发展以来,海面遥感和监控领域也被广泛关注。因此,海面几何建模和电磁散射建模、海杂波模拟预测研究具有非常重要的意义。本文主要针对海面的几何建模和实时场景仿真、海面的电磁散射建模和统计特性分析、海杂波的模拟与预测等展开研究。主要内容包括以下几点:1.为了保障海洋绘制仿真系统的真实性和实时性要求,并提高渲染效率,本文研究了一种基于谱分析的快速傅立叶变换的海浪建模方法。首先,考虑风区对海浪波高的影响,而Phillips谱是无限风区海浪谱,在基于Phillips谱建立的海面模型的基础上进行改进,建立了基于JONSWAP谱计算模型,使其能充分反映风的特性以及风对海浪的影响。然后,结合JONSWAP谱模型提出对应的双边角度分布函数以反映真实三维海面。最后在海面绘制时采用投影网格算法加快渲染效率,并利用OpenGL绘制海浪高度场技术,以呈现时变海面的几何模型。结果表明,本文给出的仿真方法可以较好的适用于较大场景海面的实时模拟。2.为了能够根据海面电磁散射分布进行统计特性分析,在海面几何模型的基础上研究海面电磁建模。首先,根据粗糙面散射机理采用面元散射模型和小斜率近似方法分别对海面进行电磁散射计算,分析总场和单元场的散射系数分布,并对单元场的电磁散射结果进行统计,分析幅度分布特性。然后,研究了描述海杂波的四种理论分布的概率密度函数和参数估计方法,使估计的理论曲线与实际统计的散射系数幅度分布模型拟合,并进行拟合优度检验,从而得到拟合最好的概率密度分布模型为对数正态分布。最后,研究了杂波的功率谱估计方法,并对海杂波数据进行了相应的功率谱估计。3.为了保证海杂波模拟结果最贴近实际的海杂波数据,在获得了与统计的电磁散射分布拟合度最好的概率密度分布模型和合适的参数的基础上,进一步研究指定分布相关的海杂波模拟。首先,采用蒙特卡罗法进行了二维海杂波仿真,并通过零记忆非线性变换法对仿真的杂波序列进行高斯分布标准化和非线性变换,模拟出相关对数正态分布杂波序列。然后,分别基于AR模型和神经网络理论对海杂波数据进行预测。最后设计仿真实验,比较两种模拟预测方法的预测效果,并将仿真结果与实际结果进行了对比和误差计算。结果表明,与基于AR模型进行线性预测相比,基于神经网络模型的海杂波预测结果更为准确,并可通过设置目标值使误差更小。