潜艇运动产生的内波与潜艇尾迹的SAR遥感仿真

论文摘要

本文以理论分析为基础，深入研究了潜艇运动产生的内波以及湍流尾流演化特性，从机理上研究了内波、湍流对表面毛细重力波的调制作用，建立了三维运动物体产生的内波、湍流尾迹的合成孔径雷达遥感仿真模型，通过计算机仿真，分析不同遥感参数对雷达反射截面的影响，以及潜艇尾迹的可探测条件。本文是遥感探测水下运动潜体的前期基础性研究，具有重要的实际意义。论文首先从流体动力学基本方程出发，根据线性理论，分析运动点源产生的内波，完整给出了点源内波的理论模型。采用源汇分布法分析了潜艇运动产生的内波，给出了内波速度场的计算方法。该模型的主要特点是考虑了线性自由面边界条件，在计算内波速度场的同时还能够计算潜艇运动产生的尾迹波高分布。利用该点源内波模型获得的理论结果与模型实验结果相比，具有较好的一致性。然后根据湍流边界层理论和推进理论，给出了尾流湍流平均速度的计算方法。在无动量湍流尾流的模型实验基础上，提出了潜艇尾流几何尺度的预报方法，分析了潜艇湍流尾流的演化特性，讨论了湍流尾流能够扩展到海面的条件。最后从三维水动力模型出发，同时考虑表面流速度对毛细重力波的调制和湍流对毛细重力波的调制，使用全谱海洋遥感模式，建立了潜艇内波、湍流尾迹的合成孔径雷达遥感仿真模型。该模型的特点是考虑了湍流对毛细重力波的影响，在毛细重力波的波作用量谱密度方程中，以添加湍流源函数的形式考虑湍流的调制作用。表面流的流场被近似看作是波致流场与尾流湍流场的叠加，湍流考虑了尾流速度剪切生成的湍流和海洋内波混合生成的湍流。湍流源函数的计算利用考虑海洋内波混合的湍流κ-ε模式，并且使用Nasmyth海洋湍流普适谱。仿真分析表明，湍流对毛细重力波具有重要的调制作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的意义
• 1.2 研究概况
• 1.3 研究的内容
• 第2章 运动点源产生的内波
• 2.1 引言
• 2.2 基本方程
• 2.3 基本方程的解
• 2.4 色散关系
• 2.5 扰动速度
• 2.6 群速度和波长
• 2.7 本章小结
• 第3章 潜艇运动产生的内波
• 3.1 引言
• 3.2 源汇强度的计算
• 3.3 速度场的计算
• 3.4 算例与实验
• 3.5 本章小结
• 第4章 湍流尾流的空间演化
• 4.1 引言
• 4.2 湍流尾流的涡结构
• 4.3 湍流平均速度分布
• 4.4 无动量湍流尾流的几何尺度
• 4.5 有动量湍流尾流的几何尺度
• 4.6 算例与讨论
• 4.7 本章小结
• 第5章 SAR海洋遥感基础
• 5.1 引言
• 5.2 雷达成像几何关系
• 5.3 真实孔径雷达的分辨率
• 5.3.1 距离分辨率
• 5.3.2 方位分辨率
• 5.4 SAR工作原理
• 5.5 海面微波散射的基本概念
• 5.5.1 雷达散射截面
• 5.5.2 镜面散射和后向散射
• 5.5.3 海面粗糙度
• 5.5.4 极化
• 5.6 微波散射模型
• 5.6.1 镜点散射模型
• 5.6.2 Bragg共振散射模型
• 5.6.3 二尺度散射模型
• 5.6.4 三尺度散射模型
• 5.7 本章小结
• 第6章 潜艇尾迹的SAR遥感仿真
• 6.1 引言
• 6.2 波作用量谱密度方程
• 6.3 源函数Ψ（k）的确定
• 6.4 雷达散射截面的确定
• 6.5 SAR成像模式
• 6.6 算例与讨论
• 6.7 本章小结
• 结论
• 1 结论
• 2 本文的主要贡献和不足
• 3 进一步的工作
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 个人简历