分层粗糙面的散射及其在雪地散射中的应用

论文摘要

自然界中的地面和海面都可以近似模拟为满足某种特定的概率密度分布函数的随机粗糙面。但是自然界中的环境往往非常复杂。自然界中有双层介质粗糙面,比如雪层覆盖的土壤、草地、有植被覆盖的土地等等,也有三层或更多层的粗糙面。通过研究分层粗糙面的电磁散射特性,可以探测和识别粗糙地表下方相关的掩埋物、研究复杂的的地海背景环境散射等等。毋庸置疑,研究分层粗糙面的电磁散射无论是在工程领域还是民用领域都具有显著的理论研究意义和广泛的应用前景。本文主要围绕雪地的电磁散射特性展开了研究和讨论,主要工作包含以下几个方面:1.研究了粗糙面的几何模型和电磁建模方法。首先,阐述了判断粗糙面粗糙度的瑞利判据以及粗糙面常用的统计参数。并且阐述了粗糙面的蒙特卡罗模拟建模方法。其次,利用粗糙面的建模方法模拟了典型的粗糙面。最后,重点阐述了电磁散射的相关理论和单层粗糙面的电磁散射计算方法,包括:物理光学法、小斜率近似法。并且分析了两种典型的粗糙面的统计参量对其双站散射系数和后向散射系数的影响。2.研究了二维分层粗糙面的几何建模和电磁散射计算方法。首先,介绍了在蒙特卡罗方法的基础上二维分层粗糙面的几何建模。其次,介绍了电磁波在二维分层粗糙面中的电磁散射与透射,并且详细分析了电磁波二维分层粗糙面传播过程中的散射系数、复数散射角的相关问题。最后,建立了三种典型的二维分层粗糙面的模型并分析了其电磁散射特性。通过计算粗糙度均为0的双层粗糙面的电磁散射证明了计算方法的有效性。并且计算了上层粗糙面下层平滑面以及两层粗糙面的各个统计参量对电磁散射的影响。3.研究了雪地的电磁散射特性。首先,介绍了介电常数对散射的影响,进而研究了不同雪类型、土壤介电常数的计算方法,分析了频率、含水量等因素对不同雪类型、土壤介电常数的影响。其次,分析了雪地的微波特性。基于电磁波传播过程中的能量变化研究了雪地的透射深度。在此基础上分析了电磁波在雪地中的传播特性,从而确定了雪地的电磁散射模型。最后,分析了雪地的各种统计参量对雪地电磁散射的影响,包括电磁波的极化方式、雪层的粗糙度、土壤的湿度等等。

论文目录

摘要

ABSTRACT

符号对照表

缩略语对照表

第一章绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究概况

1.2.1 随机粗糙面电磁散射研究现状

1.2.2 分层粗糙面电磁散射研究现状

1.3 论文的主要工作和结构安排

第二章粗糙面基本理论和几何建模

2.1 随机粗糙面的统计模型

2.1.1 瑞利判据

2.1.2 随机粗糙面的相关参数

2.2 随机粗糙面的模拟

2.2.1 随机粗糙面的生成方法

2.2.2 粗糙面的表面轮廓

2.3 典型粗糙面的模拟

2.4 本章小结

第三章粗糙面的电磁散射模型

3.1 电磁散射理论基础

3.2 粗糙面的电磁散射计算方法

3.2.1 物理光学法

3.2.2 小斜率近似法

3.2.3 电磁散射算法对比

3.3 典型粗糙面的散射特性分析

3.3.1 高斯谱粗糙面

3.3.2 指数谱粗糙面

3.4 本章小结

第四章典型分层粗糙面的电磁散射

4.1 分层粗糙面的几何建模

4.2 分层粗糙面的电磁散射与透射

4.2.1 散射系数公式

4.2.2 复数折射角的问题

4.3 应用于二维分层粗糙面的射线追踪算法

4.3.1 射线追踪算法

4.3.2 反射射线的确定

4.3.3 透射射线的确定

4.4 典型的分层粗糙面的电磁散射

4.4.1 两层平滑分界面

4.4.2 上层粗糙面与下层平滑面

4.4.3 两层粗糙分界面

4.5 本章小结

第五章雪地的电磁散射特性研究

5.1 介电常数特性

5.1.1 介质的介电常数对散射的影响

5.1.2 干雪的相对介电常数

5.1.3 潮雪的相对介电常数

5.1.4 湿雪的相对介电常数

5.1.5 土壤的相对介电常数

5.2 雪的微波特性

5.2.1 雪地的透射深度

5.2.2 雪地的散射模型

5.3 雪地的电磁散射特性研究

5.4 本章小结

第六章总结与展望

参考文献

致谢

作者简介

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 田阿敏

导师: 张民

关键词: 粗糙面,二维分层粗糙面,雪地,介电常数,电磁散射

来源: 西安电子科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 西安电子科技大学

分类号: TN011

DOI: 10.27389/d.cnki.gxadu.2019.001393

总页数: 92

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