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随着隐身技术的发展,以及在复杂海况的影响下,针对舰船本身的探测追踪越来越困难。然而,舰船在航行过程中,会不可避免地产生尾迹。舰船尾迹具有尺度大、存在时间长的特点,且在各种海况下都不会在短时间内被消除,其可见光、红外以及合成孔径雷达(SAR)成像的回波特征可作为良好的信号源进行探测,能够弥补对舰船本身探测识别的局限性。探测舰船尾迹不仅可以获得舰船的吃水深度、航速等重要信息,而且可以判别舰船类型及航行状态,以至于可以间接识别运动舰船本身。因此,研究舰船尾迹在海上目标探测、国防安全等方面具有重要的应用价值和学术意义。本论文紧紧围绕舰船尾迹这一特殊目标,通过建立尾迹几何模型,分析了Kelvin尾迹和湍流尾迹的形态及组成特征,运用物理光学法(PO)、半确定性面元散射方法(SDFSM)、矢量辐射传输理论(VRT)和Mie理论分别建立了舰船Kelvin尾迹、湍流尾迹的电磁散射模型,获得了相关散射特性。在此基础上,考虑尾迹具有电大目标的特性,利用SAR成像的基本原理,结合GPU并行加速技术提升计算效率,实现了尾迹的SAR成像模拟,使研究更具实际意义。本论文的主要工作如下:1.重点研究了Kelvin尾迹和湍流尾迹的形成机理和快速几何建模方法。利用Elfouhaily海谱和Longuet-Higgins方向分布函数建立风驱海面模型。考虑到尾迹与粗糙海面并存的现象,提出了强度拟合叠加方法,有效且合理地建立了尾迹-海面复合三维几何模型。2.利用周期表面散射方法建立了Kelvin臂区域的电磁散射模型。详细推导了任意入射角下的周期表面的散射系数公式。通过对有限长周期表面散射截面公式的改进,近似得到无限长周期表面散射截面公式,在一定条件下将无限长和有限长周期表面的散射问题相统一。考虑到Kelvin尾迹,尤其是在Kelvin臂区域处具有明显的周期结构,利用周期表面散射算法对Kelvin臂区域的散射截面进行仿真,分析了船速、船体大小和入射参数对尾迹散射强度分布的影响。3.建立了含泡沫湍流的舰船尾迹的电磁散射模型。以Mie理论为基础,分别研究了单层和双层球形粒子的散射问题,运用矢量辐射传输理论(VRT)研究了湍流尾迹中的泡沫的体-面复合散射特性。利用实验所获得的尾迹泡沫的粒径分布函数,分区域计算了湍流尾迹的散射系数,实现了湍流尾迹的电磁散射仿真。4.实现了电大区域的含尾迹海面电磁散射的并行加速计算。考虑到含有尾迹的海域具有电大尺度的特性,为提高计算效率,结合半确定性面元散射模型算法的特点,利用GPU-CUDA并行加速技术中的异步传输、共享存储器等优化技术对算法进行优化,实现了含尾迹的电大海面的SAR成像仿真的优化算法。