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随机粗糙面电磁散射特性的研究,对微波遥感、目标检测和雷达成像具有重要意义。卫星雷达高度计是一种重要的海洋微波遥感器,通过卫星雷达高度计的实测数据,我们可以反演海洋参数。然而,高度计在接近陆地和足印下有岛屿等非海洋性粗糙面时,所获得的波形被扭曲,不符合海洋模型,结果反演海洋参数误差较大甚至不可信。鉴于此,本文基于随机粗糙面电磁散射的特性,对常见目标粗糙表面的散射系数进行了计算,根据高度计电磁脉冲与粗糙海面、陆地作用原理,对高度计脉冲回波进行了仿真和分析。在一定程度上理解了近海回波被陆地回波污染的物理原理和电磁特征,对缩短不可用距离起到积极作用。论文的主要工作如下:
1、给出了快速傅里叶变换法建立粗糙面的具体过程,并对常见的高斯谱、PM谱、指数谱进行了一维及二维随机粗糙表面的模拟,并分析了其表面轮廓特征。对常见物质的介电常数模型进行了介绍,包括海水、海冰、土壤,对其介电常数的影响因素进行了分析,并在一定条件下对其介电常数进行了计算。
2、为确保粗糙表面散射系数计算的正确性和精度要求,分别使用基尔霍夫近似法、矩量法和时域有限差分法对随机粗糙面的散射系数进行了计算,并在不同条件下对三种方法的计算结果进行对比,从对比结果可知,三种方法计算的结果一致。
3、对雷达高度计回波进行了仿真,基于雷达高度计回波原理,利用粗糙表面散射系数的结果,计算得到每个散射面元的回波功率,模拟雷达高度计的回波过程得到不同探测目标的回波曲线,包括不同风速下的海洋回波以及复合目标的回波。
4、回波波形的拟合验证。首先使用最小二乘法对仿真的海洋回波与二阶近似模型进行拟合反演,得到不同风速下的散射系数和有效波高的曲线,与理论数值曲线较为符合。然后,对海洋卫星的实测数据进行了介绍,拟合反演得到的后向散射系数及有效波高与卫星数据中提供的参考结果一致。最后,在卫星实测海洋回波和电磁散射仿真海洋回波等效一致的条件下,对近海回波进行了仿真,从而分析和研究了近海岛屿、沙滩和礁石对粗糙海面回波的影响。分析了电磁散射仿真回波与实测近海回波相似性,从而为近海回波反演海洋参数提供了一条有效途径,也为海洋目标探测提供了理论依据和数据支持。
1、给出了快速傅里叶变换法建立粗糙面的具体过程,并对常见的高斯谱、PM谱、指数谱进行了一维及二维随机粗糙表面的模拟,并分析了其表面轮廓特征。对常见物质的介电常数模型进行了介绍,包括海水、海冰、土壤,对其介电常数的影响因素进行了分析,并在一定条件下对其介电常数进行了计算。
2、为确保粗糙表面散射系数计算的正确性和精度要求,分别使用基尔霍夫近似法、矩量法和时域有限差分法对随机粗糙面的散射系数进行了计算,并在不同条件下对三种方法的计算结果进行对比,从对比结果可知,三种方法计算的结果一致。
3、对雷达高度计回波进行了仿真,基于雷达高度计回波原理,利用粗糙表面散射系数的结果,计算得到每个散射面元的回波功率,模拟雷达高度计的回波过程得到不同探测目标的回波曲线,包括不同风速下的海洋回波以及复合目标的回波。
4、回波波形的拟合验证。首先使用最小二乘法对仿真的海洋回波与二阶近似模型进行拟合反演,得到不同风速下的散射系数和有效波高的曲线,与理论数值曲线较为符合。然后,对海洋卫星的实测数据进行了介绍,拟合反演得到的后向散射系数及有效波高与卫星数据中提供的参考结果一致。最后,在卫星实测海洋回波和电磁散射仿真海洋回波等效一致的条件下,对近海回波进行了仿真,从而分析和研究了近海岛屿、沙滩和礁石对粗糙海面回波的影响。分析了电磁散射仿真回波与实测近海回波相似性,从而为近海回波反演海洋参数提供了一条有效途径,也为海洋目标探测提供了理论依据和数据支持。