大地土壤表面与浅埋多目标宽带复合电磁散射研究

为了满足浅埋于粗糙面下方多目标测量和检测的需要,采用土水混合物介电常数的Topp方程模型表示大地土壤的介电特性,应用指数型分布粗糙面和Monte Carlo方法模拟大地土壤表面,运用时域有限差分方法研究大地土壤表面与浅埋多目标的宽带复合电磁散射,得出了复合散射系数的频率响应曲线.结果表明,复合散射系数随频率振荡地变化;随土壤表面均方根、土壤含水率、目标截面高度和间距的增大而增大,随目标截面宽度的增大而减小;随电磁波入射角的变化较大且较为复杂;随土壤表面相关长度、目标埋藏深度、目标介电参数的变化较小但较为复杂.与其他数值计算方法相比较,采用时域有限差分方法既可获得较高的准确性,同时又可减少计算时间和内存占用量,而且可以计算地、海粗糙面与附近任意多目标的宽带复合散射.     

雪层覆盖土壤表面与半埋柱体宽带复合散射FDTD方法

为满足半埋目标测量和检测的需要,应用指数型分布粗糙面模型和Monte Carlo方法模拟雪层、土壤表面,运用时域有限差分方法研究雪层覆盖的土壤表面与半埋矩形截面柱复合模型的宽带电磁散射,得出宽带复合散射系数的频率响应曲线,计算宽带复合散射系数随雪层表面、土壤表面高度起伏均方根、相关长度,雪层类型、雪层厚度,土壤层含水量,矩形截面柱几何参数、倾角、埋藏深度,电磁波入射角等参数的变化. 结果表明,雪层表面高度起伏均方根、相关长度对宽带复合散射系数影响较小,其它参数对宽带复合散射系数均有显著影响且较为复杂.     

雪层覆盖的粗糙地面与上方矩形截面柱复合电磁散射的时域有限差分法研究

采用土壤介电常数的四成分模型和雪的介电常数模型分别表示实际的地面和雪层的介电特性, 应用指数型分布粗糙面模型和Monte Carlo方法模拟实际的粗糙地面, 运用时域有限差分方法研究了雪层覆盖的粗糙地面与上方矩形截面柱的复合电磁散射问题. 得出了复合电磁散射系数的角分布曲线, 计算了双站复合散射系数随土壤与雪层粗糙度参数、介电参数、 矩形截面柱几何参数、介电参数等的变化情况, 并做了详细分析与讨论. 得到了雪层覆盖的粗糙地面与上方矩形截面柱复合电磁散射特性.     

一维带限Weierstrass分形分层地面与矩形截面导体柱复合电磁散射FDTD研究

运用时域有限差分方法研究一维带限分形分层粗糙地面与矩形截面导体柱的复合电磁散射,计算复合电磁散射的双站散射系数,得到复合散射系数随散射角的变化,讨论粗糙面高度起伏均方根、分维、中间层介质、下层介质及矩形截面导体柱的参数等对复合散射系数的影响.     

指数型粗糙地面与上方矩形截面柱宽带电磁散射的时域有限差分法研究

采用土壤介电常数的四成分模型表示实际地面的介电特性,应用指数型分布粗糙面模型和Monte Carlo方法模拟实际的粗糙地面,运用时域有限差分方法研究了微分高斯脉冲波照射时粗糙地面与上方目标的宽带电磁散射问题,得出了后向复合散射系数的频率响应曲线,计算了后向复合散射系数随粗糙地面高度起伏均方根、相关长度、土壤湿度、目标尺寸、高度、倾角等几何参数及介电参数等的变化情况,并做了详细分析与讨论,得到了指数型粗糙地面与上方目标宽带电磁散射特性.     

分形大地土壤表面与部分埋藏目标复合散射特性

采用土水混合物介电常数的Topp方程模型表示大地土壤的介电特性,应用带限Weierstrass-Mandelbrot分形粗糙面模型和Monte Carlo方法模拟大地土壤表面,运用矩量法研究了带限分形大地土壤表面与部分埋藏矩形截面柱复合模型的电磁散射,得出了复合散射系数的角分布曲线;计算了复合散射系数随带限分形大地土壤表面分维、空间基频、高度起伏均方根、土壤含水率、矩形截面柱几何参数、埋藏深度、倾角、入射波频率等的变化情况,并做了详细分析与讨论;结果表明,土壤表面分维等参数对复合散射系数的影响是非常复杂的,镜像附近的角分布曲线具有明显的分形特征。     

三维随机粗糙面与目标复合电磁散射的FDTD方法

用时域有限差分方法(FDTD)研究三维周期性延拓的随机粗糙面与上方目标复合电磁散射.用周期性延拓消除数值计算中截取有限大小粗糙面产生的边缘效应,讨论一个周期单元粗糙面的边长与其相关长度之间的关系.给出在FDTD方法中向粗糙面加载入射波的方法,建立了粗糙面上单个三维目标的复合散射FDTD计算模型.数值结果给出粗糙面与目标散射的近场分布,应用近远场变换得到全方位散射角的双站散射系数.比较了三维与二维散射模型的区别.结果显示当粗糙面上放置目标时,其后向散射显著增强.     

不同土壤类型的粗糙地面与其下方埋藏目标复合电磁散射研究

利用MOM研究了不同土壤类型的一维有耗介质粗糙地面与其下方二维埋藏目标的复合电磁散射问题,在数值计算中,引入了锥形入射波以减少粗糙面模拟中由于人为截断所引起的计算误差.当给定入射波频率、土壤成分及土壤温度和土壤湿度后,可以根据相关模型计算出土壤的相对介电常数.数值结果以二维无限长导体圆柱为例,利用 Monte Carlo方法统计计算了双站复合散射截面随土壤类型、土壤湿度、入射波频率及均方根高度等的变化情况,并做了详细分析及讨论.该研究结果对于探地雷达在民用、军事、工业等多领域的应用具有一定的理论指导价值. 关键词： 粗糙地面 土壤类型 相对介电常数 四成分模型     

粗糙海面与其上方多目标复合散射的混合算法

针对粗糙海面与其上方多目标复合的情形,常用算法存在计算量过大、计算时间太长等缺点,本文采用基尔霍夫近似法与矩量法结合的混合算法可以大大简化计算量、节省时间.本文首先通过蒙特卡罗的方法模拟一维PM粗糙海面,并与粗糙海面上方多目标建立复合模型;然后对矩量法结合基尔霍夫近似法的混合算法做了详细的公式推导,得到了复合散射系数,并且分析了不同入射角、目标高度、目标间距、目标尺寸、风速等参数对复合电磁散射特性的影响.实验结果表明,针对粗糙海面与其上方多目标复合的情形,采用矩量法结合基尔霍夫近似法的混合算法不但可以保证准确性,而且可以大幅度减少计算所用时间(混合算法用时占矩量法的19%),对大尺寸粗糙面和复杂的复合模型优势尤为明显.     

丛林地貌高功率微波传输散射特性

 采用时域有限差分方法仿真分析了高功率微波在丛林地貌传输的双站散射特性,得到了不同入射角度下的双站散射规律,对比分析了利用数值和解析两种方法得到的丛林散射系数与掠射角关系。理论分析和数值计算结果表明：散射系数曲线存在布儒斯特角,且地貌电参数越大,布儒斯特角越小;掠射角小于布儒斯特角时,散射系数随掠射角的增大而减小;掠射角大于布儒斯特角时,散射系数随掠射角的增大而增大。水平面情况下的不同丛林类型双站散射系数变化趋势一致;对于介电常数相对较大的丛林地貌类型,通过镜面反射方向时域有限差分方法得到的半功率波瓣宽度较宽;同一丛林地貌类型不同均方根高度条件下,均方根高度增大,相干分量变小,非相干分量变大;不同入射角、相同地貌和电参数情况下,散射系数的峰值向对应的镜面反射方向移动。     

高斯分层介质粗糙面光波透射问题的微扰法研究

运用微扰法研究平面波入射分层介质粗糙面的光波透射问题,推出了不同极化状态的透射光波散射系数公式。采用高斯粗糙面来模拟实际的分层介质粗糙面,结合高斯粗糙面的功率谱导出了平面波入射高斯分层介质粗糙面的透射系数计算公式。通过数值计算得到HH极化透射系数随透射光波散射角变化的曲线,讨论底层介质介电常数、中间介质介电常数和厚度、粗糙面参数及入射光波长对透射系数的影响。数值计算结果表明：底层介质介电常数、中间介质介电常数和厚度、粗糙面参数及入射光波长对透射系数的影响是非常复杂的。     

Difference scattering field properties between periodic defect particles and three-dimensional slightly rough optical surface

Based on the practical situation of nondestructive examination, the calculation model of the composite scattering is established by using a three-dimensional half-space finite difference time domain, and the Monte Carlo method is used to solve the problem of the optical surface with roughness in the proposed scheme. Moreover, the defect particles are observed as periodic particles for a more complex situation. In order to obtain the scattering contribution of defects inside the optical surface, a difference radar cross section is added into the model to analyze the selected calculations on the effects of numbers, separation distances, different depths and different materials of defects. The effects of different incident angles are also discussed. The numerical results are analyzed in detail to demonstrate the best position to find the defects in the optical surface by detecting in steps of a fixed degree for the incident angle.     

Investigation of composite electromagnetic scattering from ship-like target on the randomly rough sea surface using FDTD method

Composite electromagnetic scattering from a two-dimensional (2D) ship-like target on a one-dimensional sea surface is investigated by using the finite-difference time-domain (FDTD) method. A uniaxial perfectly matched layer is adopted for truncation of FDTD lattices. The FDTD updated equations can be used for the total computation domain by choosing the uniaxial parameters properly. To validate the proposed numerical technique, a 2D infinitely long cylinder over the sea surface is taken into account first. The variation of angular distribution of the scattering changing with incident angle is calculated. The results show good agreement with the conventional moment method. Finally, the influence of the incident angle, the polarization, and the size of the ship-like target on the composite scattering coefficient is discussed in detail.     

Factors influencing electromagnetic scattering from the dielectric periodic surface

The scattering characteristics of the periodic surface of infinite and finite media are investigated in detail.The Fourier expression of the scattering field of the periodic surface is obtained in terms of Huygens' s principle and Floquet's theorem.Using the extended boundary condition method(EBCM) and T-matrix method, the scattering amplitude factor is solved,and the correctness of the algorithm is verified by use of the law of conservation of energy.The scattering cross section of the periodic surface in the infinitely long region is derived by improving the scattering cross section of the finite period surface.Furthermore, the effects of the incident wave parameters and the geometric structure parameters on the scattering of the periodic surface are analyzed and discussed.By reasonable approximation, the scattering calculation methods of infinite and finite long surfaces are unified.Besides, numerical results show that the dielectric constant of the periodic dielectric surface has a significant effect on the scattering rate and transmittance.The period and amplitude of the surface determine the number of scattering intensity peaks, and, together with the incident angle, influence the scattering intensity distribution.