三維海面與目標復(fù)合散射的高頻方法研究.pdf

1、海面散射研究,尤其是海面與目標的復(fù)合散射研究,在微波遙感應(yīng)用中具有重要的價值。目前已有的算法能夠較好地滿足海面自身的散射仿真需求,但對于更有挑戰(zhàn)性的海面與目標的復(fù)合散射仿真,受限于算法的應(yīng)用條件、計算效率、內(nèi)存等因素,這些算法均不能較好地滿足實際需求。鑒于高頻方法計算簡單的特點,本文從高頻方法著手發(fā)展出了一種基于射線追蹤的高頻混合方法,較好地解決了上述問題。
　　首先,本文詳細研究了海面電磁散射的當前進展和主要的計算方法,對這些算

2、法作了簡介并指出了其不足之處。通過對這些算法的優(yōu)缺點進行考察,本文把研究重點確定為高頻混合方法。通過對比研究相關(guān)文獻,在射線追蹤的框架下,本文發(fā)展出了一種基于幾何光學(xué)(GO)、物理光學(xué)(PO)和物理繞射理論(PTD)的高頻混合方法(GO+PO+PTD)。該方法采用GO來簡化多次反射時耦合場的計算,采用PO來計算鏡面散射,采用PTD來計算劈尖繞射貢獻。與彈跳射線法(SBR)相比,GO+PO+PTD在每次反射時均計算PO積分,而不是像SBR

3、一樣只在最后一次彈跳處計算PO積分,因此GO+PO+PTD具有更高的精度。
　　其次,當采用平面面元組成的網(wǎng)格來表示具有凹面結(jié)構(gòu)的目標時,由于表面曲率信息的丟失,射線管的發(fā)散效應(yīng)不能被正?？紤], GO+PO+PTD對該類目標的仿真結(jié)果會具有較大誤差,甚至完全錯誤。為了改善GO+PO+PTD的計算精度,本文首次提出了虛擬發(fā)散因子(Virtual Divergence Factor,VDF)。該因子簡單高效,物理概念直觀,能夠顯著地提

4、高GO+PO+PTD的計算精度與靈活性。同時,當面元增多時,為了加速射線追蹤,本文采用了當前總體性能最佳的kd-tree加速結(jié)構(gòu),顯著地降低了射線追蹤的計算時間。
　　最后,通過大量的典型體目標算例以及不同風(fēng)速下的海面算例,充分驗證了GO+PO+PTD在采用VDF修正和kd-tree加速后所具有的良好計算精度、廣泛適用范圍和卓越計算效率。為了充分展示該算法的潛力和優(yōu)秀性能,本文成功地對載有直升機的大型貨輪與海面的復(fù)合模型進行了散射