【摘 要】
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实际复杂环境与目标的复合散射特性作为现代化战争的重要组成部分,受到了国内外学者的广泛关注。随着高速信息时代的到来,快速准确的分析出电大尺寸目标与环境的复合散射特性是今后研究的重点。研究电大尺寸目标与粗糙面的复合电磁散射,从本质上掌握实际复杂环境与目标复合电磁散射特性,对于系统的开展典型地表散射回波以及典型陆地环境与目标复合电磁散射研究具有着重要的意义。然而实际背景环境复杂多变,多种分布特征复合的粗
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实际复杂环境与目标的复合散射特性作为现代化战争的重要组成部分,受到了国内外学者的广泛关注。随着高速信息时代的到来,快速准确的分析出电大尺寸目标与环境的复合散射特性是今后研究的重点。研究电大尺寸目标与粗糙面的复合电磁散射,从本质上掌握实际复杂环境与目标复合电磁散射特性,对于系统的开展典型地表散射回波以及典型陆地环境与目标复合电磁散射研究具有着重要的意义。然而实际背景环境复杂多变,多种分布特征复合的粗糙面随处可见,这都为复杂环境与目标复合电磁散射建模研究带来很多困难。本文研究的含草地粗糙面与目标的复合散射便是其中一种情况,近几十年来有关植被的电磁散射研究也取得了很大的发展,许多学者基于MIMICS森林植被的散射模型进行了诸多研究,用椭球体和柱体来近似模拟植被层中的叶子与较长茎干,并就此开展了许多理论研究与实际测量,这都为研究含草地粗糙面与复杂目标的复合散射奠定了基础。本文重点针对含草地粗糙面与目标的复合电磁散射特性开展研究,通过弹跳射线法分析电大尺寸复杂目标的电磁散射特性,利用SBR-PO混合方法计算随机粗糙面与目标的复合散射,同时结合矢量辐射传输方程计算双层植被的电磁散射系数,建立含草地粗糙面与目标的复合电磁散射模型,进一步分析了含草地粗糙面与目标的复合电磁散射特性。论文主要研究工作如下:1.采用犀牛软件对几种典型目标进行几何建模,获取典型目标面元信息文件。鉴于物理光学法没有考虑多次散射问题,在处理复杂目标电磁散射问题时存在一定的局限性,因此本文利用弹跳射线法(SBR)来计算复杂目标面元之间的多次散射。另外,对于目标的边缘绕射情况,采用物理绕射理论(PTD)来计算模型的边缘绕射场,建立电大尺寸复杂目标电磁散射模型,并将仿真结果与商业软件FEKO中的快速多极子方法(MLFMM)进行对比,验证了SBR/PTD方法在计算复杂电大目标的后向雷达散射截面上的准确性。最后,基于SBR/PTD方法计算几种典型复杂目标的后向雷达散射截面,分析了其电磁散射特性。2.对植被中的单体目标采用离散化模型处理,利用广义瑞利金斯(Generalized Rayleigh-Gans)近似计算分析了单体目标的散射特性,然后对随机粗糙面相关长度与均方根高度两个参量进行简要描述,并就基尔霍夫法以及遮蔽效应重点开展研究。3.基于MIMICS森林模型,建立了简化的双层植被模型,并采用矢量辐射传输理论对其散射特性进行了分析。给出了植被和土壤的介电常数计算公式,对研究植被散射问题的常用方法矢量辐射传输方程进行详细推导介绍。计算了双层植被散射模型的后向散射系数与入射角之间的关系。并就双层植被散射模型的后向散射系数与随机粗糙面均方根高度、植被中单体目标的密度、植被与土壤的含水量以及植被高度之间的关系进行了讨论。4.研究分析了含草地粗糙面与电大尺寸目标的复合电磁散射特性。采用SBR-PO的混合方法,根据多路径散射思想和惠更斯原理考虑粗糙面与目标之间的耦合作用,求解了随机粗糙面与上方目标的复合电磁散射。将仿真结果与商业软件FEKO中的快速多极子方法(MLFMM)进行对比,验证了SBR-PO方法在处理复合散射问题的准确性。针对含草地粗糙面与复杂电大尺寸目标的复合散射问题,提出VRT与SBR-PO混合方法进行求解,最终得出含草地粗糙面与目标的复合电磁散射与入射角之间的关系,同时研究了目标高度、植被占比、植被湿度以及植被中单体目标的密度对最终散射结果的影响。
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