動態(tài)海面及其上目標復(fù)合電磁散射與多普勒譜研究.pdf

1、關(guān)于動態(tài)海環(huán)境下微波高頻段雷達回波特性的研究一直是業(yè)界重點關(guān)注的熱點之一。尤其當海環(huán)境中存在船類等復(fù)雜運動目標時，該研究課題成為一項十分復(fù)雜且極具挑戰(zhàn)性的工作，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：其一，海浪因其運動方式復(fù)雜多變，僅針對時變海面電磁散射特性的研究就已經(jīng)包含眾多難點，如海浪的非線性運動、二維海浪時變運動所帶來的巨大計算負擔、電磁波與海浪的復(fù)雜作用方式等等。尤其在微波高頻段下，目前仍然沒有一種十分有效的海雜波模型及時變特性分析模型；其二，

2、海面上目標(主要指船類目標)往往具有超大電尺寸和復(fù)雜精細的結(jié)構(gòu)，使得船類目標電磁散射的快速計算同樣也是計算電磁學領(lǐng)域的難點；其三，船類目標同海面之間的電磁耦合十分復(fù)雜，加之時變海面與目標的水動力相互作用使得目標在海面上的姿態(tài)不斷隨時間變化，從而使問題變得更加復(fù)雜。
　　本論文系統(tǒng)地研究了微波高頻段下海面電磁散射及其與電大尺寸目標復(fù)合散射問題，建立了時變海面散射模型和時變海面及其上方運動目標復(fù)合散射模型，分析了海面回波及海上目標回波

3、的幅度均值變化規(guī)律及其多普勒譜特性。論文工作主要從以下幾個方面展開：
　　1.基于散射貢獻面元化思想，提出了“半確定性面元散射模型”，適合快速計算任意單雙站角、不同海況條件下的海面電磁散射系數(shù)的空間分布及均值水平，同時，結(jié)合該模型實現(xiàn)了二維海面合成孔徑雷達(SAR)成像快速模擬。
　　2.基于電磁波與海浪的布拉格諧振基本散射機理，提出了毛細波的簡化表示方法。利用該簡化表示處理傳統(tǒng)微擾解積分核的指數(shù)項，推導(dǎo)出任意傾斜微粗糙小面

4、元復(fù)反射函數(shù)的解析近似表達式，并在小面元模型物理描述的基礎(chǔ)上，建立了同時包含回波幅度和相位信息的二維海面復(fù)反射函數(shù)快速預(yù)估模型，即“毛細波相位修正面元散射模型(CWMFSM)”。本文基于具有可觀計算效率的CWMFSM模型，實現(xiàn)了X波段下二維時變海面確定性樣本的多普勒譜模擬和分析。
　　3.在詳細討論了傳統(tǒng)多路徑及修正多路徑復(fù)合散射分析模型的基礎(chǔ)上，提出了一種基于粗糙表面鏡像反射單元空間分布加權(quán)鏡像路徑耦合貢獻的思路，并建立了適合計

5、算電大目標及其下方確定性粗糙面復(fù)合散射特性的快速預(yù)估模型。這種加權(quán)多路徑模型相對于傳統(tǒng)多路徑方法更加合理地處理了目標下方粗糙面鏡像反射單元斜率緩變對耦合散射的影響，從而更加適合快速計算不同時刻下具有確定性高度分布特性的粗糙海面及其上目標的時變復(fù)合散射問題。
　　4.采用六自由度船舶隨浪運動模型研究了系列60船模的隨浪運動特征，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合毛細波相位修正面元散射模型、加權(quán)多路徑復(fù)合散射模型建立了“全動態(tài)”船海復(fù)合環(huán)境下微波高頻段