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.     

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.     

大尺度分层介质粗糙面电磁散射的特性研究

首先建立大尺度分层介质粗糙面散射的物理模型, 基于Stratton-Chu积分方程和Kirchhoff近似导出了粗糙面散射场的计算公式. 采用高斯随机粗糙面来模拟实际的分层介质粗糙面, 通过数值计算得到了正下视单站雷达接收到的后向散射回波. 理论推导了散射场强度与表面粗糙度之间的定量关系, 并从数值仿真的角度分析了表面和次表面的粗糙度对散射回波的影响, 给出了散射场随粗糙度变化的曲线. 最后考察了分层介质的电特性参数(介电常数和电导率)对分层粗糙面散射场的影响, 并对计算结果做出了分析.     

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。     

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。     

海面与其上方双矩形截面柱复合散射的混合算法研究

采用Pierson-Moscowitz(PM)海谱和Monte Carlo方法模拟实际的粗糙海面, 基于矩量法和基尔霍夫近似的混合算法研究了海面与其上方双矩形截面导体柱的复合电磁散射特性, 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海面参数、矩形截面柱参数以及入射波参数的变化情况, 并做了详细分析与讨论, 得到了PM谱海面与其上方双矩形截面柱复合散射特性. 结果表明, 与单纯的矩量法相比较, 采用基于矩量法和基尔霍夫近似的混合算法, 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, 而且粗糙面尺度越大该优势越明显.     

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     

基于压缩感知的一维海面与二维舰船复合后向电磁散射快速算法研究

矩量法作为数值方法中积分方程方法的代表, 具有计算精度高、所用格林函数自动满足辐射条件、无须额外设置边界条件等优点. 但是在舰船目标与海面复合后向电磁散射仿真中, 传统矩量法需针对每个入射角反复求解矩阵方程组, 导致其在处理后向散射问题时计算量大, 耗时长, 仿真效率低下. 为解决上述问题, 本文提出了一种基于压缩感知技术的矩量法的改进算法. 该算法在求解复合后向散射问题时, 首先利用观测矩阵与传统矩量法中的电压矩阵相乘, 得到一组新的低维度的电压矩阵; 其次通过求解新电压矩阵下的矩阵方程组, 获得电流矩阵的观测值; 最后利用恢复算法(本文采用正交匹配追踪算法)重构出所需的原始入射源照射下的电流系数. 通过与传统矩量法的计算结果对比, 表明本文所提算法能够在保证计算精度的前提下, 明显减少计算时间, 提高计算效率.     

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.     

Study of the Electromagnetic Scattering from the Very Rough Fractal Sea Surface

In this paper, based on the fundamental formulae of the first-order and second-order Kirchhoff approx-imation and with consideration of the shadowing effect, the backscattering enhancement of the one-dimensional veryrough fractal sea surface with Pierson-Moskowitz spectrum is studied under the second-order Kirchhoff approximationat microwave frequency. The numerical results are compared with those of the first-order Kirchhoff approximation andintegral equation method. The dependencies of the bistatic scattering cross section and the backscattering enhancementon the incident angle, fractal dimension, and windspeed over the sea surface are analyzed in detail.     

Study of the Electromagnetic Scattering from the Very Rough Fractal Sea Surface

In this paper, based on the fundamental formulae of the first-order and second-order Kirchhoff approx-imation mad with consideration of the shadowing effect, the backscattering enhancement of the one-dimensional very rough fractal sea surface with Pierson-Moskowitz spectrum is studied under the second-order Kirchhoff approximation at microwave frequency. The numerical results are compared with those of the first-order Kirchhoff approximation and integral equation method. The dependencies of the bistatic scattering cross section and the backscattering enhancement on the incident angle, fractal dimension, and windspeed over the sea surface are analyzed in detail.     

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.     

导电平板上任意缝隙填充各向异性介质时TM波散射和传输特性分析

简单介绍了用于分析任意口径问题的通用频域方法——广义网络原理,并利用边界积分法和广义网络原理分析导电平板上任意缝隙填充各向异性介质时TM波的散射及传输特性.由于缝隙填充各向异性介质的情形尚未见公开文献报道,作为验证,将本方法退化计算各向同性介质填充时缝隙的散射和传输特性,并与文献结果进行比较.最后,给出了缝隙填充各向异性介质时的算例.     

Effect of detailed cell structure on light scattering distribution: FDTD study of a B-cell with 3D structure constructed from confocal images

Human B-cells play an important role in the immune system, and because of their relatively simple structures with a nearly spherically shaped cell membrane and a large nucleus, they provide a good case to study on how the details of cell structure affect light scattering properties. A finite-difference-time-domain (FDTD) method is used to calculate angle-resolved light scattering distributions from a B-cell. Published FDTD simulations to date have used a smooth shape with a certain degree of symmetry to approximate the actual cell shape. In contrast, for this work, the shapes of the cell and its nucleus were determined from confocal microscopy measurements. An automated procedure was developed to construct a realistic three-dimensional structure of a B-cell from a stack of two-dimensional confocal images. The angle-resolved Mueller matrix elements of the B-cell were calculated and averaged for 30 different angles of incidence using a parallel FDTD code. These results were compared with those from a homogeneous and a coated sphere. Scattering from the two sphere models and the B-cell were very similar for scattering angles less than 5°, and the coated sphere and B-cell agreed well for scattering angles up to 20°. However, at larger angles, the scattering from the B-cell was a much smoother function of angle than scattering from either sphere model. Additionally, the homogeneous sphere results were the most similar to the B-cell results for most angles between 120° and 150°, and at angles greater than 150°, the B-cell scattered more light than either of the spheres. These results yield strong evidence that accurate modeling of light scattering by biological cells requires not only the high accuracy of the employed numerical method but the realistic cellular structure as input information as well.