二维导体粗糙面电磁散射的分形特征研究

采用二维归一化带限Brown分形函数来模拟二维分形粗糙面,主要利用基尔霍夫近似给出了该导体粗糙面的电磁散射场.导出了平均散射场、平均散射系数和散射强度方差的计算公式.讨论了散射场分布与分维的关系,获得了散射场波峰拟合线的斜率与分维D满足线性关系这一重要结论. 关键词：     

二维导体微粗糙面与其上方金属平板的复合电磁散射研究

研究了二维导体微粗糙面与其上方金属平板复合电磁散射特征.应用互易性原理使求解二次散射场简化为求解包含平板上的极化电流和微粗糙面散射场的积分方程，从而降低了求解难度.应用物理光学近似和微扰法分别求解了平板上的极化电流和粗糙面的电磁散射场，得到了复合散射截面计算公式并进行了数值计算.尤其对该复合模型后向耦合电磁散射结果进行了详细分析和讨论. 关键词： 互易性原理 复合电磁散射 微粗糙面 平板     

一维随机粗糙面后向增强效应的蒙特-卡罗方法研究

根据基尔霍夫近似方法,用蒙特－卡罗方法模拟随机粗糙面,观测到了随机粗糙面的后向增强效应。分别研究了高斯粗糙面及分形粗糙面,讨论了统计特性相同的粗糙面在不同小波尺度的电磁（光）波散射特性。所得结果与实验事实相当吻合     

具有二维fBm特征的分层介质粗糙面电磁散射的特性研究

运用微扰法研究了平面波入射分层介质粗糙面的电磁散射,推出了不同极化状态下的双站散射系数公式.采用二维fBm分形粗糙面来模拟实际的分层介质粗糙面,结合二维fBm分形粗糙面的功率谱导出了平面波入射二维fBm分形分层介质粗糙面的散射系数计算公式.通过数值计算得到了HH极化下双站散射系数随散射角的变化曲线,讨论了分维、底层介质介电常数、中间介质介电常数和厚度及入射波频率对双站散射系数的影响,得到了二维fBm分形分层介质粗糙面散射系数的分维特征、基本特征、分区特征和随频率变化的特征. 关键词： 电磁散射 二维fBm分形粗糙面 分层介质 微扰法     

分形粗糙面双站散射的快速前后向迭代法数值模拟

为模拟复杂分形表面特别是在低掠角入射条件下的双站散射,发展了一种结合前后向迭代方法(FBM)与谱加速算法(SAA)快速求解散射场的Monte Carlo数值方法,计算了在TE,TM锥形波入射在一维分形导体粗糙面的双站散射以及有规则异物存在时的双站散射,讨论了分形粗糙面双站散射的角度性分布与其分数维的关系. 关键词： GFBM/SAA 分形粗糙面 双站散射     

粗糙海面及其上方导体目标复合电磁散射的混合算法研究

利用基于电流计算的矩量法结合高频算法基尔霍夫近似的混合算法,分析了一维PM谱粗糙海面及其上方二维无限长任意截面导体目标的双站复合电磁散射特性.混合算法将粗糙面和目标分别划分到KA区域和MOM区域,由于无需数值求解粗糙海面区域的表面极化电流,该算法的运算时间和对计算机内存的需求主要取决于粗糙面上方目标的网格划分情况.数值结果以无限长导体圆柱为例计算了其与一维下垫PM谱粗糙海面的复合双站散射截面,并将计算结果与经典MOM结果进行了比对和验证,结果表明混合方法具有较高的计算效率.最后应用混合方法讨论了不同极化状态、海上不同风速以及目标不同尺寸和位置对复合散射截面的影响. 关键词： 粗糙海面 电磁散射 混合算法 矩量法     

分形海面的微波电磁散射计算模型

利用2维Weierstrass带限函数建立了模拟粗糙海面形状的模型,讨论了分形维数、频率幅度尺度因子等分形参数对海面形状的影响。以粗糙海面形状模型为基础,针对模拟的分形海面形状,从亥姆霍兹积分出发,利用基尔霍夫近似推导出2维分形海面的电磁散射系数,并进行了数值模拟。对微波电磁散射特性随分形维数、频率幅度尺度因子、入射波入射角变化的规律做了进一步讨论分析。在低掠射角时电波会受海面的遮挡,用遮挡函数对散射系数进行修正。研究表明:随着分形维数的增大,散射峰分布变均匀。频率幅度尺度因子越大,散射也越分散。随着入射角的增大,后向散射也逐渐增强,而前向散射逐渐减弱。     

粗糙面重构问题的混合算法研究

基于Desanto的谱表示法,采用数值和近似算法相结合的混合算法对一维粗糙面的重构问题进行了研究.对于正问题,采用数值算法——矩量法(MOM)得到一维粗糙面的相关散射数据,对于逆问题,考虑不同粗糙度的粗糙面,分别采用两种近似算法——微扰近似(SPA)、基尔霍夫近似(KA)与矩量法的混合算法,对粗糙面轮廓进行了重构;数值结果以高斯粗糙面为例,给出了混合算法对不同粗糙度粗糙面的重构算例,并进行了数据比较和分析. 关键词： 粗糙面重构 矩量法 微扰近似 基尔霍夫近似     

沙丘粗糙面的二次极化电磁散射

研究了新月形沙丘粗糙面的二次极化电磁散射. 结合射线追踪理论, 由一次散射面元的反射场照射到二次散射面元, 采用基尔霍夫近似推导了二次散射面元的二次极化散射场. 计算结果表明二次极化散射结果在特定的角度和类型范围内有显著影响. 在电磁波射向背风坡时可以发现其同极化散射截面在入射角较大时大于其他入射方向的结果, 入射角在休止角附近时的交叉极化散射截面出现峰值, 以及前后狭长沙丘之间的二次极化散射特别突出. 本文结果可用于反演分析沙漠地区的风场信息. 关键词： 新月形沙丘 二次极化散射 射线追踪 休止角     

脉冲激光入射下介质薄膜双频互相关散射截面及功率展宽

 结合特殊的镀金聚酯薄膜表面的粗糙度和半球反射率,依据基尔霍夫近似及粗糙面脉冲散射互相关函数,数值计算了脉冲激光（1.06 μm）在不同入射角照射下该材料薄膜双频互相关散射截面随相干带宽频差和散射角的变化情况。并给出δ脉冲和高斯脉冲波入射下,其散射功率随时间和散射角的波形分布。计算结果表明：该薄膜材料激光双频互相关散射截面在镜反射方向有最大的散射峰值,在非镜反射方向上,其散射值随相干带宽频差的增大迅速减小,当窄脉冲垂直入射时,粗糙面散射功率展宽现象明显。     

Numerical study of electromagnetic scattering from one-dimensional nonlinear fractal sea surface

In recent years, linear fractal sea surface models have been developed for the sea surface in order to establish an electromagnetic backscattering model. Unfortunately, the sea surface is always nonlinear, particularly at high sea states. We present a nonlinear fractal sea surface model and derive an electromagnetic backscattering model. Using this model, we numerically calculate the normalized radar cross section (NRCS) of a nonlinear sea surface. Comparing the averaged NRCS between linear and nonlinear fractal models, we show that the NRCS of a linear fractal sea surface underestimates the NRCS of the real sea surface, especially for sea states with high fractal dimensions, and for dominant ocean surface gravity waves that are either very short or extremely long.     

基于未充分发展海谱的分形海面模型及其电磁散射研究

重构了未充分发展的完全海谱(NDFSS)，提出了一种更符合海面实际情况的基于NDFSS的分形模型(NDFFM)，使用双尺度法计算了NDFFM海面的后向雷达散射截面(BRCS)，详细讨论了NDFFM海面各形成参数与BRCS的关系.将计算数据与传统的分形模型和实测雷达数据进行比对，证明了该模型的准确性和有效性. 关键词： 未充分发展 完全海谱 分形模型 双尺度法     

Electromagnetic backscattering from one-dimensional drifting fractal sea surface Ⅱ:Electromagnetic backscattering model

Sea surface current has a significant influence on electromagnetic(EM) backscattering signals and may constitute a dominant synthetic aperture radar(SAR) imaging mechanism. An effective EM backscattering model for a one-dimensional drifting fractal sea surface is presented in this paper. This model is used to simulate EM backscattering signals from the drifting sea surface. Numerical results show that ocean currents have a significant influence on EM backscattering signals from the sea surface. The normalized radar cross section(NRCS) discrepancies between the model for a coupled wavecurrent fractal sea surface and the model for an uncoupled fractal sea surface increase with the increase of incidence angle,as well as with increasing ocean currents. Ocean currents that are parallel to the direction of the wave can weaken the EM backscattering signal intensity, while the EM backscattering signal is intensified by ocean currents propagating oppositely to the wave direction. The model presented in this paper can be used to study the SAR imaging mechanism for a drifting sea surface.     

分形粗糙面合成孔径雷达成像研究

研究了分形粗糙面的成像问题. 分形粗糙面能够较好的逼近真实环境, 采用带限形式的Weierstrass-Mandelbrot函数建立了分形粗糙面几何模型, 对分形粗糙面参数的选取进行了讨论. 对大尺度粗糙面散射问题提出了一种基于大面元的Kirchhoff近似方法, 采用面元模型来计算粗糙面总的后向散射场以及每一个面元的后向散射场, 并对面元的尺寸选取进行了研究, 通过与解析解进行对比证明了该方法的正确性. 在分形理论建立的确定性粗糙面几何模型与面元的Kirchhoff方法获取的散射场的基础上, 采用正侧视条带式成像模式, 并选用距离多普勒算法对不同分形参数的粗糙面进行合成孔径雷达(SAR) 成像模拟, 结果显示从SAR像中可以清晰地观察到不同分形参数对粗糙面几何轮廓的影响. 该研究包括了从环境模型、电磁模型到SAR成像技术在内的完整的分形环境SAR像模拟过程, 仿真结果显示出分形环境的SAR像特点, 这对基于分形理论的自然环境的遥感探测以及参数反演具有一定的理论支撑作用.     

Polarimetric scattering from a two-dimensional improved sea fractal surface

This paper studies the influence of wind parameters and fractal dimension from an improved two-dimensional sea fractal surface on the polarimetric scattering by using facet integration.A two-dimensional improved sea surface simulated is discretized into three matrices of sea surface facets including a height matrix and two slope matrices on orthogonal directions.Based on the Kirchhoff approximation,the polarimetric scattered field is derived in the Cartesian coordinate system by integration of three matrices mentioned above.Finally,the fully polarised radar cross section is numerically simulated and the dependence of the polarimetric scattering on the sea fractal surface,such as the wind speed,the wind direction,as well as the fractal dimension,is discussed in detail.     

Bistatic scattering from an anisotropic sea surface: Numerical comparison between the first-order SSA and the TSM models

The first-order small-slope approximation (SSA-1) model is used for numerical predictions of the normalized radar cross section (NRCS) of an anisotropic ocean surface in bistatic configurations for the K_u-band radar frequency. The calculations were made by assuming the Elfouhaily et al. surface-height spectrum for fully developed seas. In the forward-backward case, the SSA-1 presents an agreement with the geometric optics limit of the Kirchhoff approximation results in the near-specular directions where it is well known that the last model works well. In the fully bistatic case, SSA-1 numerical results are compared with those of the two-scale model in several configurations as a function of wind speed, wind direction, incident/scattering angles and for co-and cross-polarization states. Good agreement between the two models is noted in the co-and cross-polarization case with a small difference of about 1-2 dB. But in certain configurations, the SSA-1 model tends to overestimate the radar cross section peak behaviour. This irregularity is discussed and interpreted. The main purpose of this paper is to analyse NRCS predictions based on the SSA-1 model in a fully bistatic configuration.     

FRACTAL PATTERN GROWTH OF METAL ATOM CLUSTERS IN ION IMPLANTED POLYMERS

The fractal and multi-fractal patterns of metal atoms are observed in the surface layer and cross section of a metal ion implanted polymer using TEM and SEM for the first time. The surface structure in the metal ion implanted polyethylene terephthalane (PET) is the random fractal. Certain average quantities of the random geometric patterns contain self-similarity. Some growth origins appeared in the fractal pattern which has a dimension of 1.67. The network structure of the fractal patterns is formed in cross section, having a fractal dimension of 1.87. So it can be seen that the fractal pattern is three-dimensional space fractal. We also find the collision cascade fractal in the cross section of implanted nylon, which is similar to the collision cascade pattern in transverse view calculated by the TRIM computer program. Finally, the mechanism for the formation and growth of the fractal patterns during ion implantation is discussed.     

热防护层覆盖弹体目标雷达散射截面的修正的等效电流近似法和图形计算电磁学法分析

将修正的等效电流近似法与图形计算电磁学法相结合引入到热防护层覆盖弹体目标的电磁散射问题的研究中.应用修正的等效电流近似法对介质和有耗表面进行散射计算,结合图形计算电磁学法,借助于计算机显示技术,将三维目标图形在计算机屏幕上投影,由图形加速卡完成遮挡和消隐工作,利用图形计算电磁学的积分公式,把三维空间的计算转化为二维空间的计算,大大降低了计算时间和复杂度.计算结果表明:当入射波频率较低时,热防护层的厚度不会影响弹体雷达截面值的大小,当频率升高,随着热防护层厚度的增加,弹体雷达截面值不断减小,说明热防护涂层为有耗介质,介电常数的虚部越大其消耗能量的能力越强,弹体雷达截面变化越明显;当热防护层中存在孔隙,热防护层厚度一定,孔隙率越大,雷达截面值越大,孔隙率为零时,雷达截面值最小.当孔隙率相同,热防护层越薄,其雷达截面值越大;当弹体在高空中出现脱粘现象,对弹体的雷达截面值影响不大.     

降雨对C波段散射计测风的影响及其校正

传统观点认为C波段散射计工作波长大于雨滴直径,受降雨散射衰减的影响很小, 因此往往忽略降雨对C波段散射计测风的影响.本文基于降雨引起C波段散射计信号的衰减、 后向体散射及雨滴落入海面后的扰动作用,推导了降雨条件下的雷达方程, 构建了2010年全年的ASCAT散射计、降雨雷达和欧洲中期天气预报中心数值预报的匹配数据集, 定量分析了降雨对C波段散射计测风的影响,发现其信号衰减随降雨强度和入射角的增大而增强; 后向体散射和雨表面扰动作用随降雨强度的增大而增强、随入射角的增大而减小, 其中雨表面扰动作用对散射计测风的影响大于后向体散射.另外, 利用降雨条件下的雷达方程和匹配数据集,本文建立了降雨条件下的C波段主动微波辐射传输模型, 实验表明,该模型能够改善降雨条件下C波段散射计测风的精度.     

高速铁路轮轨滚动噪声的分形描述及分形维估计

提出基于分形分析的轮轨滚动噪声研究方法,研究了不同尺度下轮轨滚动噪声增量的统计特性,证明轮轨滚动噪声具有分形特性,可由分形布朗运动描述。在此基础上,利用分形布朗运动的小波系数方差与分形维的幂律关系估计了轮轨滚动噪声的分形维,并估计了以裂纹扩展为代表的钢轨伤损声发射信号的分形维,对比研究发现:轮轨滚动噪声分形维本身具有随机性,不同车速下的轮轨滚动噪声分形维估计以1.5666为均值随机分布在小于2的小区间内;分形维是轮轨滚动噪声的固有特征,与车速无关,不同车速的轮轨滚动噪声可由统一的分形布朗运动模型描述;裂纹扩展信号与轮轨滚动噪声不同,其分形维估计大于2,不满足分形布朗运动模型的要求,但分形维可作为二者的区别特征。研究提取了轮轨滚动噪声的分形维作为固有特征,为高速轮轨滚动噪声描述及轮轨伤损检测提供了有效的分析方法。