海浪的非線性電磁散射特性研究.pdf

1、海面的電磁散射研究在海洋遙感、海洋環(huán)境監(jiān)測和目標識別領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。當風速變大的時，雷達實測數(shù)據(jù)中往往會出現(xiàn)海尖峰、高極化比和大多普勒頻移的超級散射現(xiàn)象，如何描述和解釋這些散射現(xiàn)象是一個熱點和難點。事實上，海浪非線性和波浪破碎被認為是引起這些超級散射現(xiàn)象的主要原因。然而，有關(guān)海浪非線性和碎浪的電磁散射研究存在一些困難:一是海浪的運動十分復(fù)雜，加上風力和大氣等不確定的外力影響，使得海浪的變化具有很大的隨機性和非線性;二是隨著風速的

2、增大，海面波浪會變得很陡峭，并產(chǎn)生破碎，破碎后會產(chǎn)生泡沫、水滴和湍流，這些都難以用現(xiàn)有的數(shù)學模型進行很好地描述;三是通常的電磁散射方法不能很好地處理碎浪復(fù)雜結(jié)構(gòu)的散射問題，也很難體現(xiàn)超級散射現(xiàn)象。為此，本文針對海浪的非線性和波浪破碎的電磁散射開展研究。論文的工作主要包括以下幾個方面:
　　1.基于拉格朗日模型，提出了一個具有水平偏移和垂直偏移的非線性分形海面模型。運用二階小斜率近似方法計算了該非線性模型的電磁散射特性。計算的結(jié)果在

3、散射系數(shù)和多普勒譜上都能體現(xiàn)非線性的價值。并針對該模型，討論了水平偏移和垂直偏移對散射結(jié)果的影響。
　　2.根據(jù)斜率判據(jù)和實測的碎浪覆蓋率模型，在模擬的海面上，得到了一個半隨機的海浪破碎點分布。在該破碎點分布的基礎(chǔ)上，引入中等尺度碎浪模型來近似等效海面上的碎浪。將不同尺度的碎浪模型隨機的分布在這些破碎點處，以此來考慮碎浪對海面的散射貢獻。分析計算了碎浪模型對海面后向散射系數(shù)及多普勒譜的影響。
　　3.通過考慮碎浪覆蓋率模型，

4、并將不同尺度的碎浪模型散射進行統(tǒng)計平均，得到了考慮碎浪修正的海面散射系數(shù)統(tǒng)計模型。以此為基礎(chǔ)，將考慮碎浪的海面散射系數(shù)分布用于SAR成像，得到了考慮碎浪的海面SAR成像模型。
　　4.運用商業(yè)軟件FLUENT模擬了不同尺度的碎浪，得到了不同時刻的碎浪模型。并將得到的波浪模型與電磁散射聯(lián)系起來，運用矩量法分析了這些碎浪模型的電磁散射特性。得到的結(jié)果能夠體現(xiàn)一些海尖峰和高極化比的異常散射特征。
　　5.運用FLUENT模擬了波浪