低空运动目标与粗糙海面复合散射研究

论文摘要

粗糙面与其上方运动目标复合电磁散射的理论研究和计算近几年来发展很快,它在雷达探测、遥测遥感、海上营救及通信等领域有着广泛应用。研究方法主要包括近似方法和数值方法。近似方法主要是基尔霍夫近似和微扰法近似,这种方法公式简单,计算速度快,但精度较低；数值方法主要是矩量法MOM、时域有限差分法FDTD及各种快速算法,其精度高,仿真结果能更准确地反映实际情况。本文建立了多种海谱模型,分析了它们的特性,运用了时域有限差分FDTD和改进过后的单轴各向异性材料的完全匹配层(UPML)相结合的方法,计算了海面与其上方静止目标的雷达散射截面,并在此基础上,运用了基于“双多普勒效应”的等价相对边界条件及降秩电磁流法,研究分析了目标速度的改变对低空运动目标与粗糙海面的复合散射结果的影响。本篇论文的研究工作主要包括以下几点：一：简述海平面的相关知识,建立包括PM谱,Fung完全海谱,JONSWAP谱在内的几种常用的海谱模型,并对它们的特性进行分析。二：运用时域有限差分结合改进过后的单轴各向异性材料的完全匹配层UPML的方法,计算海面与其上方静止目标的复合雷达电磁散射截面,并分析入射角度变化及风速改变对计算结果的影响。三：运用基于“双多普勒效应”的等价相对边界条件及降秩电磁流法,研究分析低空运动目标与粗糙海面的复合散射特性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的背景意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文内容安排
• 第二章 海平面建模与海平面特性分析
• 2.1 随机粗糙面的基本知识
• 2.2 MONTE CARLO方法建模随机粗糙面
• 2.3 动态粗糙海面的简单介绍及其建模
• 2.3.1 粗糙海面相关基本参量及功率谱
• 2.3.2 动态海面的分形海面的模型
• 第三章 时域有限差分方法的介绍
• 3.1 MAXWELL方程和YEE元胞
• 3.2 YEE元胞和二阶中心差分计算
• 3.3 FDTD方程在直角坐标系下的表现形式
• 3.4 完全匹配层的改进
• 3.4.1 UPML区域中的Maxwell方程
• 3.4.2 Z变换在UPML中的应用
• 3.5 计算实例
• 3.5.1 波源的入射分析
• 3.5.2 无限长的金属方柱的散射计算
• 3.5.3 改进后的FDTD算法小结
• 第四章 粗糙海面和其上方静止目标的复合散射
• 4.1 划分粗糙海面计算的区域
• 4.2 入射波的处理及高斯窗函数的运用
• 4.3 近远场外推变换以及对海面RCS的计算
• 4.4 数值结果及分析
• 4.4.1 海平面的数值散射计算
• 4.4.2 在不同入射角度情况下海面的散射特性的变化比较
• 4.4.3 不同的风速对海面散射特性的影响
• 4.5 粗糙海面与其上方的静止目标的复合散射特性研究
• 4.6 本章小结
• 第五章 低空运动目标和粗糙海平面的复合电磁散射
• 5.1 降秩电磁流计算方法介绍
• 5.2 “双多谱勒效应”在运动目标计算中的运用
• 5.3 运动目标仿真计算相关理论
• 5.3.1 相对边界条件
• 5.3.2 时域有限差分下的相对边界条件的算法
• 5.4 计算实例分析
• 5.4.1 运动方柱的金属导体的散射计算
• 5.4.2 运动方柱导体与粗糙海面复合散射
• 5.5 本章小结
• 第六章 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的研究成果