復(fù)雜降雨條件下極化電磁波傳播特性研究.pdf

1、基于雙極化雷達(dá)的目標(biāo)探測(cè)是雷達(dá)科學(xué)領(lǐng)域的前沿研究課題，其中在復(fù)雜氣象條件下，雨霧等氣象介質(zhì)對(duì)目標(biāo)極化探測(cè)性能影響的問題引起了眾多關(guān)注。比如在降雨率比較大的情況下，雨滴呈現(xiàn)較明顯的橢球結(jié)構(gòu)。同時(shí)在外界風(fēng)場(chǎng)的作用下，雨滴易呈現(xiàn)特殊的傾斜分布，對(duì)雷達(dá)波的極化特性產(chǎn)生影響，因此根據(jù)不同的氣象條件尋找目標(biāo)探測(cè)的最優(yōu)極化具有特別重要的意義。針對(duì)該問題，論文首先提出了擴(kuò)展MIE散射方法對(duì)橢球雨滴的散射特性進(jìn)行計(jì)算，然后結(jié)合Fisher分布的雨滴傾角和

2、基本風(fēng)場(chǎng)模型構(gòu)建了復(fù)雜的氣象環(huán)境，最后對(duì)此場(chǎng)景中雷達(dá)目標(biāo)的最優(yōu)極化探測(cè)問題進(jìn)行了初步的仿真和分析。
　　全文的主要內(nèi)容一共分為三個(gè)部分：
　　第一部分，在坐標(biāo)伸縮變換法的基礎(chǔ)上提出了擴(kuò)展 MIE散射方法來計(jì)算橢球介紹了現(xiàn)有的一些電磁散射計(jì)算方法，在伸縮變化方法的基礎(chǔ)上提出了擴(kuò)展 MIE散射方法來計(jì)算橢球雨滴的散射特性。該方法可以用于計(jì)算任意入射波方向、任意極化方式、任意傾角的橢球雨滴的散射場(chǎng)，并與等效球體方法和 Raylei

3、gh近似方法進(jìn)行了仿真對(duì)比。結(jié)果表明，擴(kuò)展 MIE散射方法能很好的仿真橢球雨滴的散射特性，并不受頻率的限制，是一種基于經(jīng)典MIE散射方法的快速數(shù)值方法。
　　第二部分，結(jié)合雨滴傾角的Fisher分布和風(fēng)場(chǎng)模型構(gòu)建了較復(fù)雜的降雨氣象條件。首先，利用數(shù)據(jù)擬合得到經(jīng)典Fisher分布模型雨滴傾斜分布時(shí)的參數(shù)，建立降雨率、風(fēng)場(chǎng)等參數(shù)與雨滴傾斜的關(guān)系。然后，采用了平均風(fēng)場(chǎng)模型、風(fēng)切變模型和大氣紊流模型三種基本風(fēng)場(chǎng)模型疊加的方式構(gòu)造復(fù)雜風(fēng)場(chǎng)，

4、與雨介質(zhì)混合后可以用來模擬真實(shí)空間中雨滴傾角的分布，得到復(fù)雜的氣象環(huán)境。從而為復(fù)雜氣象環(huán)境中雷達(dá)目標(biāo)的最優(yōu)極化探測(cè)研究打下基礎(chǔ)。
　　第三部分，本文根據(jù)雨胞的真實(shí)特性設(shè)置了仿真場(chǎng)景，采用全極化雷達(dá)系統(tǒng)和線極化波的方式對(duì)復(fù)雜氣象條件下的目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)。首先利用雨介質(zhì)的有效傳播常數(shù)構(gòu)建了極化雷達(dá)波的傳播與散射模型。其次，在一定的氣象條件下改變線極化波與水平方向的夾角，仿真分析目標(biāo)散射特性與入射極化方式的關(guān)系。同時(shí)，結(jié)合隨時(shí)間改變的氣象環(huán)