粗糙物體高斯波束散射及在激光一維距離成像中的應(yīng)用.pdf

1、粗糙物體高斯波束散射特性研究在國防軍事及民用領(lǐng)域具有顯著的學(xué)術(shù)價值和廣泛的應(yīng)用背景.本文較系統(tǒng)研究了高斯波束入射粗糙面及粗糙物體時的頻域和時域散射特性,討論了激光一維距離成像仿真中的若干問題,其主要工作和成果如下:1.從粗糙面散射基爾霍夫標量近似理論出發(fā),結(jié)合波束角譜展開法,推導(dǎo)出二維隨機粗糙介質(zhì)面高斯波束相干散射截面計算公式,并從理論上證明當(dāng)束腰半徑趨于無窮時波束散射結(jié)果可退化到平面波情況.數(shù)值分析了波束參數(shù)、粗糙面介電性質(zhì)和極化特性

2、對散射系數(shù)的影響.2.采用平面波譜展開法和物理光學(xué)近似,從理論上推導(dǎo)出傍軸高斯波束對任意形狀電大尺寸粗糙物體的相干與非相干雷達散射截面理論計算公式.計算并分析典型物體的波束散射特性,考察了波束參數(shù)、粗糙度及介質(zhì)電參數(shù)對激光雷達散射截面的影響.3.研究了脈沖平面波和脈沖波束對二維隨機粗糙介質(zhì)表面的散射特性.基于脈沖波時域散射基本理論及粗糙面散射基爾霍夫近似,獲得雙頻互相干函數(shù)及窄脈沖入射下的散射回波功率,分析表明粗糙面均方根高度是影響脈沖

3、平面波散射的主要因素;將高斯波束粗糙面散射的頻域結(jié)果推廣到時域,獲得了與平面波入射時相似的結(jié)果,并分析了束腰半徑變化對計算結(jié)果的影響.4.根據(jù)Ishimaru脈沖波散射理論及波束粗糙物體頻域散射結(jié)果,推導(dǎo)出窄脈沖近似下的雙頻互相干函數(shù)和脈沖響應(yīng)解析表達式,其相干分量可以直接表示成頻域函數(shù)與頻差函數(shù)或時域傳輸函數(shù)的乘積,并分析了束腰半徑對雙頻互相干函數(shù)和脈沖響應(yīng)的影響.在假設(shè)物體運動速度遠小于光速,且脈沖分辨單元小于物體尺寸的前提下,得到

4、運動物體的脈沖散射回波公式,該式表明窄脈沖照射下運動物體回波在時間軸上會產(chǎn)生平移,并伴隨脈沖展寬與壓縮效應(yīng).5.研究了粗糙物體波束散射在激光一維距離成像仿真中的應(yīng)用.根據(jù)脈沖波散射理論及任意形狀電大尺寸粗糙目標高斯波束散射解,得到目標激光后向散射回波功率即一維距離像計算表達式.在窄脈沖入射條件下,考慮工程實際應(yīng)用,獲得相應(yīng)的脈沖激光雷達方程.數(shù)值仿真計算了朗伯板、球、圓錐和坦克徑向一維距離像,分析了脈沖寬度、波束參數(shù)及目標幾何形狀等因素