三維海面與目標(biāo)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(biāo)的復(fù)合散射研究,在微波遙感應(yīng)用中具有重要的價(jià)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(duì)于更有挑戰(zhàn)性的海面與目標(biāo)的復(fù)合散射仿真,受限于算法的應(yīng)用條件、計(jì)算效率、內(nèi)存等因素,這些算法均不能較好地滿足實(shí)際需求。鑒于高頻方法計(jì)算簡(jiǎn)單的特點(diǎn),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(wèn)題。
　　首先,本文詳細(xì)研究了海面電磁散射的當(dāng)前進(jìn)展和主要的計(jì)算方法,對(duì)這些算

2、法作了簡(jiǎn)介并指出了其不足之處。通過(guò)對(duì)這些算法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行考察,本文把研究重點(diǎn)確定為高頻混合方法。通過(guò)對(duì)比研究相關(guān)文獻(xiàn),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(lái)簡(jiǎn)化多次反射時(shí)耦合場(chǎng)的計(jì)算,采用PO來(lái)計(jì)算鏡面散射,采用PTD來(lái)計(jì)算劈尖繞射貢獻(xiàn)。與彈跳射線法(SBR)相比,GO+PO+PTD在每次反射時(shí)均計(jì)算PO積分,而不是像SBR

3、一樣只在最后一次彈跳處計(jì)算PO積分,因此GO+PO+PTD具有更高的精度。
　　其次,當(dāng)采用平面面元組成的網(wǎng)格來(lái)表示具有凹面結(jié)構(gòu)的目標(biāo)時(shí),由于表面曲率信息的丟失,射線管的發(fā)散效應(yīng)不能被正常考慮, GO+PO+PTD對(duì)該類(lèi)目標(biāo)的仿真結(jié)果會(huì)具有較大誤差,甚至完全錯(cuò)誤。為了改善GO+PO+PTD的計(jì)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(jiǎn)單高效,物理概念直觀,能夠顯著地提

4、高GO+PO+PTD的計(jì)算精度與靈活性。同時(shí),當(dāng)面元增多時(shí),為了加速射線追蹤,本文采用了當(dāng)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(jì)算時(shí)間。
　　最后,通過(guò)大量的典型體目標(biāo)算例以及不同風(fēng)速下的海面算例,充分驗(yàn)證了GO+PO+PTD在采用VDF修正和kd-tree加速后所具有的良好計(jì)算精度、廣泛適用范圍和卓越計(jì)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(duì)載有直升機(jī)的大型貨輪與海面的復(fù)合模型進(jìn)行了散射