三維複雜動態海面電磁散射特性建模及分析方法研究

《三維複雜動態海面電磁散射特性建模及分析方法研究》是依託電子科技大學,由趙志欽擔任醒目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：三維複雜動態海面電磁散射特性建模及分析方法研究
• 依託單位：電子科技大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：趙志欽

項目摘要

在海洋電磁遙感技術中，海面電磁散射機理的研究一直是海表參數反演與海面目標檢測等套用中的關鍵，並已成為國內外電磁場和雷達研究領域中的一個重要方向。在複雜海況條件下，海面的不確定性、海面電磁散射的多徑效應和遮擋效應造成的散射機理的複雜性，使一些簡單的分析模型已經不能解釋該條件下的電磁散射機理。為此，本項目針對海面電磁散射的前沿問題，重點研究適於大入射角情況下包括重力海浪譜、風驅海浪譜、破波以及艦船行進過程中尾跡波紋等複雜動態海面的電磁散射計算的高效方法，研發適於大型複雜動態海面電磁散射計算的平台，分析典型破浪海面在不同極化和不同入射角的時域及頻域的電磁散射特性，並通過實驗研究和計算仿真相比對的方法，驗證計算方法的可行性。本項目的研究成果可以套用于海面電磁散射的仿真計算、海表信息的定量反演及海面艦船目標的探測等，同時為我國海洋電磁遙感套用提供理論和技術基礎。

結題摘要

在海洋電磁遙感技術中，海面電磁散射機理的研究一直是海表參數反演與海面目標檢測等套用中的關鍵。在複雜海況條件下，海面的不確定性、海面電磁散射的多徑效應和遮擋效應造成的散射機理的複雜性，使一些簡單的分析模型已經不能解釋該條件下的電磁散射機理。針對這些海面電磁散射的前沿問題，本項目從以下幾個方面開展了研究： （一）從三維動態海面的幾何建模著手，建立了重力海浪譜、風驅海浪譜、破波以及艦船行進過程中尾跡波紋等不同海況的海面模型，為海面電磁散射的計算和分析奠定了基礎。（二）開展了對複雜動態海面的電磁散射計算的高效方法研究，研發了適於大型複雜動態海面電磁散射計算仿真平台，包括基於多層快速多極子算法和混合高頻近似算法，以及用於計算海面和目標複合電磁散射的高低頻混合算法。特別在大型海面電磁散射問題中將高階疊層矢量基函式套用於多層快速多極子算法中，進一步提高了算法的效率。針對高頻近似方法的局限性，本項目中通過添加虛擬發散因子的方法提高了高頻算法在海面散射中的計算精度，並將KD-tree結構用於射線追蹤法中對算法進行加速，使之能夠適用於大型海面電磁散射的快速計算。（三）依託本項目研發的海面電磁散射計算平台，開展了對包括風驅海面、典型破浪海面在不同極化和不同入射角的時域及頻域的電磁散射特性分析研究。採用準靜態方法仿真得到了海面回波序列，研究了風驅海面的都卜勒頻譜特性，並從統計意義上研究了海雜波的分布特性以及混沌特性。（四）通過高低頻混合算法對海面上目標的電磁散射回波進行仿真研究，實現了對海雜波背景下目標的合成孔徑成像研究，分析了海雜波對目標成像質量的影響。最後，本項目還通過對真實雷達採集的X波段海雜波數據分析，研究了海面信息的反演問題。 通過本項目的實施，建立了一套從海面幾何建模到以計算電磁學為核心的海雜波計算仿真，最後到海雜波分析的完整動態海面電磁散射仿真與分析體系。項目的研究成果為海洋電磁遙感套用提供了理論參考和技術基礎。