海面电磁与光散射特性研究
海面上电大尺寸目标电磁散射特性研究
ｏ ｒ ／ Ｗ ｅ ｉ ｊ ｉ ｅ ， Ｌ Ｉ ＵＰ ｉ ｎ ｇ ， ＧＵ Ａ ＮＸｉ ａ ｏ ｄ ｏ ｎ ｇ ， Ｗ Ａ ＮＧ Ｊ ｉ ｏ ｎ ｇ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ａ ｎ ｅ ｗ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｉ ｓ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ｒ ａ ｐ ｉ ｄ ｃ ｏ ｍｐ ｕ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｓ ｃ ａ ｔ ｔ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ ｆ ｒ ｏ ｍ ｔ ｈ ｅ ｌ ａ ｒ ｇ ｅ ｏ ｂ ｊ ｅ ｃ ｔ ｏ ｎ ｏ ｃ ｅ ａ ｎ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ － ｃ ｅ ．
・ ３ ６ ２・
现 代 导 航
２ ０ １ ３笠
海面上 电大尺寸 目标 电磁散射特性研 究
姬伟 杰 ，刘平 ，关晓 东，王炯
（ 空军西安飞行学院，西安 ７ １ ０ ３ ０ ６ ）
摘 要： 基 于几何光学法（ Ｇ Ｏ） 、 物理光学法（ Ｐ Ｏ） 、 射线弹跳法（ Ｓ Ｂ Ｒ） 和等效 电流法（ ＭＥ Ｃ） ， 提 出了一种快速计算金属海面上电大尺寸 目 标 电磁散射的解析算法。该算法考虑 了阴影效应，运 用Ｇ Ｏ ／ Ｐ Ｏ ＋ Ｓ Ｂ Ｒ计算 了目 标与海面的镜面反射以及它们之 间的多次相互作用，并运用 ＭＥ Ｃ计算 了目标的棱边绕射 以改进计算结果。 应用该算法计算了平板上方规则金属 目 标的双站雷达散射截 面 （ Ｒ Ｃ Ｓ） ，并 与传统矩 量法 （ Ｍｏ Ｍ ）进行 比较 ，验证 了算法的有效性 。最后 ，计 算 了 Ｐ Ｍ （ Ｐ ｉ ｅ ｒ ｓ ｏ ｎ ． Ｍｏ ｓ ｋ ｏ ｗ ｉ ｔ ｚ ） 海浪谱的随机海洋粗糙面上舰船模型 目标的散射特性，并对计算结果进行 了分析 ，讨论 了海洋面以及入射波参数对散射结果的影响。 关键词：几何光学法； 物理光学法； 射线弹跳法； 等效 电流法；阴影效应； 棱边绕射
海洋光学ocean optics原理
海洋光学（Ocean Optics）是研究海洋中光的传播、相互作用和应用的一门学科。
它涉及到海水中光的吸收、散射、透射等多种光学现象，对于认识海洋的光学特性和开发海洋光学仪器具有重要意义。
本文将介绍海洋光学的原理，包括海水中光的传播规律、海水的吸收和散射特性，以及海洋光学在海洋科学和环境监测中的应用。
一、海水中光的传播规律海水是一种具有吸收、散射和透射能力的介质，其光学性质主要受水体成分和悬浮物的影响。
在海水中，光的传播受到多种因素的影响，包括入射光的波长、水质、水深等。
光在海水中的传播过程可以用光传播的基本原理来解释和描述，其核心是光的吸收、散射和透射。
1. 光的吸收：海水中的吸收主要是由水分子和溶解态和颗粒态有机物质引起的。
在可见光波段，蓝色光比红色光在海水中更容易被吸收，这也是海水呈现出蓝色的原因之一。
2. 光的散射：海水中的散射主要是由溶解和悬浮的微粒引起的。
根据散射光的波长和传播方向的不同，可以将海水中的散射分为瑞利散射、米氏散射和非选择性散射等不同类型。
3. 光的透射：海水对光的透射影响受到吸收和散射的共同作用，当光在海水中传播时，会发生吸收和散射现象，导致光强度逐渐减弱，直至最终衰减至无穷小。
二、海水的吸收和散射特性海水中的吸收和散射特性是海洋光学研究的重点之一。
海水中的吸收和散射过程不仅受到水质、水温、盐度等因素的影响，还受到气候、地理、季节等多种因素的影响。
1. 水质的影响：海水中悬浮物的浓度和颗粒的大小对光的吸收和散射起着重要作用。
一般来说，海水中悬浮物含量越高，光的吸收和散射就越明显。
2. 水温和盐度的影响：水温和盐度对海水的光学性质有一定影响，其中水温会影响到海水的折射率，而盐度对海水的透射性能产生一定的影响。
3. 天气和地理的影响：天气和地理因素也对海水的光学特性有一定影响，例如气候条件的变化、水深的不同，都会影响到海水的光学性质。
三、海洋光学在海洋科学和环境监测中的应用海洋光学的研究成果在海洋科学和环境监测领域有着广泛的应用，主要体现在以下几个方面：1. 海洋物理学研究：海洋光学技术可以用于测量海水的透明度、悬浮物浓度、叶绿素浓度等参数，为海洋物理学的研究提供了重要的数据支持。
海面与舰船目标电磁散射的建模方法研究
海面与舰船目标电磁散射的建模方法研究海面与舰船目标电磁散射的建模方法研究摘要：随着现代军事技术的发展，电磁散射技术在海战中的应用越来越重要。
本文主要研究了海面和舰船目标的电磁散射建模方法，分析了各种因素对电磁散射的影响，并提出了一种新的模型来更准确地描述散射现象。
研究表明，该模型可以更好地反映海面和舰船的电磁散射特性，为电磁散射技术的应用提供了理论支持。
关键词：海面；舰船目标；电磁散射；建模方法；理论支持1. 引言电磁散射技术是一种利用电磁波与物体相互作用的技术，通过分析散射波的特性来获取目标物体的信息。
在军事领域，电磁散射技术被广泛应用于海战中，可以用于目标侦测与识别、隐身技术等方面。
海面和舰船作为海战中的重要目标，其电磁散射特性对于战争的胜负有着至关重要的影响。
因此，研究海面与舰船目标的电磁散射建模方法具有重要的理论和实际意义。
2. 海面电磁散射建模方法研究2.1 海面电磁散射特性分析海面的电磁散射特性受多种因素影响，其中最主要的因素是海面的形态学特征和海面的电磁参量。
形态学特征包括海面波纹、海浪、浮游生物等，这些因素会对电磁波在海面上的传播和反射产生影响。
电磁参量主要包括海水盐度、温度、粘度等，这些参量会影响电磁波在海水中的传播速度和衰减程度。
通过分析海面的形态学特征和电磁参量，可以确定海面电磁散射的数学模型。
2.2 舰船目标电磁散射特性分析舰船目标的电磁散射特性主要取决于目标的几何形状、材料特性和目标表面的电磁波反射与传播特性等因素。
目标的几何形状对于电磁波的入射角度和散射角度有重要影响，几何形状的复杂度越高，目标的散射特性越复杂。
材料特性包括目标的相对介电常数、磁导率等，这些参量决定了目标对电磁波的吸收和散射能力。
舰船的表面特性也会对电磁波的散射产生重要影响，例如表面的光滑程度、涂层材料等。
3. 电磁散射模型的建立基于以上分析，本文提出了一种新的海面与舰船目标电磁散射模型。
该模型综合考虑了海面的形态学特征和电磁参量，以及舰船目标的几何形状、材料特性和表面特性等因素。
多径条件下舰船目标散射特性分析与实验
ＤＯ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ 。 ２ ０ ９ ５ — ５ ８ ３ ９ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ３ ． ０ ０ １
多径条件下舰船 目标 散射 特性分析与实验
卢建斌 ， 席 泽敏 ， 张明敏
（ 海军工程大 学 电子工程学院， 武 汉４ ３ ０ ０ ３ ３ ）
第２ ７ 卷 第３ 期 ２ ０ １ ３ 年０ ６ 月
空 军 预 警 学 院 学 报
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ａｉ ｒ Ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ Ｅ ａ ｒ ｌ ｙ Ｗａ ｍｉ ｎ ｇ Ａｃ ａ ｄ ｅ ｍｙ
Ｖ＿ ０ １ ． ２ ７ ＮＯ． ３ Ｊ ｕｎ． ２０１ ３
摘
要： 岸基 对 海 雷 达探 测 舰 船 目标 时会 受 到起 伏 海 面 的 影响 ， 形 成 电磁 波传 播 的 多径 效 应 ， 对 舰 船 目标 雷
达 散 射特 性 产 生影 响 ．根 据 电磁 波 传播 的四路 径 模 型 ， 提 出一 种 多径 条件 下舰船 目标散 射 特 性 的统 计分 析 方 法 ，
的统 计 分 析方 法 ， 指 出 了起 伏 海 面雷 达 目标 回波
功率 的影 响程 度 ．
１ 多径条件下 电磁 波传 播模 型
假设 某对 海雷达位 于海面 上方高度 ｈ ， 目
标 所 处 的高 度 为 ｈ ， ， 雷 达 与 被 探 测 目标 间 水 平
距 离 为 ｏ， 并且 Ｒ ０ ＞ ＞ｈ ，Ｒ ０ ＞ ＞ｈ ． 这 样 由雷 达
ห้องสมุดไป่ตู้信号 产 生一定 的差异 ， 特别 是海 面上 的舰船 目
标， 不 可 避 免 地 会 受 到 起 伏 海 面 的影 响 ， 目标 与
第四章 海面微波散射
n 介质边界面的法向单位矢量， E(r),H(r)
s 介质的本质阻抗，
边界面上的总电磁场强度。
只要求出边界面上的电场和磁场，就能求出散射场。
基尔霍夫近似方法的基本假设是：在表面的任何一 点都产生平面界面的反射。也就是说，将某一局部 区域的表面看成是一个平面。因此，当粗糙面任意 点曲率半径远大于入射波长和粗糙面高度起伏的相 关长度时，采用基尔霍夫近似方法是有效的。
hs xsinsycoss v s h s n s x c o ss c o ss y c o ss s i n s z s i n s
• 求解基尔霍夫方法的矢量表达式的依据是格林
矢量第二定理，该定理表述如下：以封闭面为
边界的无源区内任意一点的散射场，可以用与
表面相切的场来表示，数学表达式如下
对于平面分界面，入射波被反射到镜像方向，因此，对于单 站雷达系统，即用同一个天线进行收、发，则除非是垂直方 向，否则接收不到任何反射波。
海面是不平坦的，其粗糙度谱跨越5个数量级，涌浪swell波长 达几百米，风生的海浪波长从几十米到1厘米左右，而短毛细 波的波长只有几个毫米。
然而，海面的均方根斜率通常是较小的，因此大多数入射波 仍被反射到镜像方向，而海面粗糙度的出现，使得小部分的 入射波散射到其它所有方向，我们尤其关注后向散射方向的 散射波。
另散射场也可以用多个幅度未知的平面波叠加来表示（即傅里叶 变换）。
微扰法的解分为0阶，1阶，2阶，…..
(0)(1 )(2)...
其中0阶解对应平面反射（相干反射），1阶解即Bragg反射机制 （非相干反射），2阶解是对相干反射的最低阶矫正，它是能量守 恒的重要保证。
• 在入射介质中的双基地散射系数是
3.1 经典的粗糙面散射法之一－KA
电磁波散射特性研究及其应用
电磁波散射特性研究及其应用电磁波在空间传播时会与物体发生相互作用，由此出现电磁波散射现象。
研究电磁波散射特性，对于应对电磁干扰、雷达侦测、地球探测和遥感探测等应用具有重要意义。
1.电磁波散射的基本概念散射是指电磁波在经过介质界面等物体表面，由于介质的参量突变及物体表面粗糙程度和形状的差异等原因，电场分布和电磁波的传输方向发生变化。
电磁波的散射过程，根据物体的形状和尺寸对电磁波强度的影响，可以分为几何光学散射、绕射散射和反向散射等多种类型。
其中，几何光学散射是针对大尺度物体，一般为大于波长五倍时的物体，其散射过程可用光学模型描述。
而绕射散射和反向散射则是针对介质散射场中的微观尺度物体，如土壤的松散颗粒、海面的波纹等，需要借助电磁理论和数值计算等手段。
2.电磁波散射特性研究的方法电磁波散射特性的研究，主要是利用微波和毫米波等频段的电磁波进行物体散射场的实测和模拟。
实测方面，需要借助散射计和雷达等装置对散射目标进行探测和观测，得到散射场的强度和散射参数等数据，然后进行数据处理和分析，提取物体散射特性。
模拟方面，一般采用计算电磁学方法，如边界元法、有限元法和时域积分方程法等，以数值计算的形式对目标物体的散射场进行计算和模拟，得到物体的散射横截面、散射图像等特征参数和信息。
3.电磁波散射特性的应用电磁波散射特性是许多领域的重要研究课题，其应用与实际问题密切相关。
3.1雷达侦测雷达是用电磁波进行物体侦测和跟踪的重要手段。
在雷达应用中，电磁波经过被研究物体的散射和反射，被雷达接收并处理，从而得到物体的位置、形状、速度等信息。
研究散射特性，可以提高雷达探测的精度和可靠性。
3.2地球探测电磁波散射在地球探测中也有着广泛的应用。
例如，采用合成孔径雷达（SAR）、雷达高程计（RHC）等技术，可以实现地形地貌等地球表面特征的精确测量和获取。
3.3遥感探测遥感技术是指利用大气透射和物体向空间辐射的电磁波信号，对地球或海洋表面及其下部进行接收和分析，获取其空间和时间信息等的技术。
海洋环境水下电磁场相关特性分析
海洋环境水下电磁场相关特性分析I. 绪论A. 研究背景B. 研究现状C. 研究目的和意义II. 水下电磁场的基本概念A. 电磁场的基本概念B. 水下电磁场的类型及特征C. 水下电磁场在海洋环境中的应用III. 水下电磁场的特性分析A. 水下电磁场的传播特性B. 水下电磁场的时频特性C. 水下电磁场的空间特性IV. 水下电磁场的对海洋环境的影响A. 水下电磁场对海洋生态系统的影响B. 水下电磁场对海洋资源的影响C. 水下电磁场与海洋环境监测的关系V. 水下电磁场监测与防护A. 水下电磁场监测技术B. 水下电磁场防护技术C. 水下电磁场监测与防护未来发展趋势VI. 结论A. 研究总结B. 研究不足和展望C. 研究成果及应用前景第一章：绪论A. 研究背景随着现代技术的发展和海洋资源的日益紧缺，人类对海洋环境的探索与开发越来越深入。
海洋环境中的电磁场作为一种重要的物理环境因素，对海洋生态系统和海洋资源的影响越来越引起人们的注意。
因此，对水下电磁场相关特性的深入研究已成为海洋环境领域的热点和难点之一。
B. 研究现状目前，国内外的学者们在水下电磁场的研究领域已经取得了一系列的重要成果。
例如，有关水下电磁场传播特性和时频特性的理论研究，相关的实验和数值模拟研究，还有水下电磁场的检测和监测技术的研究等。
这些内容丰富了人们对水下电磁场相关特性的认识，并且增强了人们对水下电磁场与海洋环境之间关系的理解。
C. 研究目的和意义水下电磁场对海洋环境产生的影响与日俱增，但人们对其了解仍然不够深入，因此本文旨在深入分析水下电磁场的相关特性，探讨水下电磁场对海洋生态系统和海洋资源的影响，评价水下电磁场在海洋环境监测中的价值，并且提出水下电磁场防护建议。
这些研究将对深入理解和保护海洋环境以及发展海洋经济产生积极的推动作用。
本章节通过引入研究背景、概述研究现状和阐述研究目的和意义，为本文的研究内容提供了基础。
本文旨在对水下电磁场相关特性进行深入探究，期望能够为了解和保护海洋环境、发展海洋经济产生积极推动作用。
海杂波电磁散射建模
海杂波电磁散射建模引言海洋是地球上最广阔的自然系统之一，对海洋环境的研究有助于我们更好地理解和保护海洋资源。
海洋电磁散射是海洋物理学中的重要研究内容，它可以提供海洋表面的信息，如波浪高度、风速和海浪频谱等。
在海洋电磁散射研究中，海杂波电磁散射建模是一种常用的方法，本文将对海杂波电磁散射建模进行探讨。
一、海杂波电磁散射的基本原理海杂波电磁散射是指当电磁波遇到海面时，由于海面存在不均匀性和波浪等因素的影响，电磁波会发生散射现象。
海洋表面的粗糙度是导致海杂波电磁散射的主要因素之一。
海面的不规则波浪会导致电磁波在海面上发生反射、折射和散射等现象，这些现象使得电磁波的传播路径变得复杂，从而导致电磁波的散射。
二、海杂波电磁散射建模的方法海杂波电磁散射建模是通过数学模型来描述海洋表面的电磁散射现象。
常见的海杂波电磁散射建模方法包括传统方法和计算方法。
1. 传统方法传统方法是指通过数学模型来描述海洋表面的粗糙度和波浪谱等参数，然后根据这些参数计算电磁波的散射特性。
传统方法主要包括几何光学法、物理光学法和微波散射理论等。
几何光学法是一种基于几何光学原理的建模方法，它假设电磁波在海洋表面的散射过程中，与海面上的不规则波浪相交时，只考虑波峰和波谷处的散射。
几何光学法适用于电磁波波长远大于海面粗糙度的情况。
物理光学法是一种基于光的物理性质的建模方法，它考虑了电磁波在海洋表面的散射过程中的折射和反射等现象。
物理光学法适用于电磁波波长与海面粗糙度相当的情况。
微波散射理论是一种基于电磁场的分布和辐射特性的建模方法，它通过求解麦克斯韦方程组来描述电磁波在海洋表面的散射过程。
微波散射理论适用于电磁波波长与海面粗糙度相比较小的情况。
2. 计算方法计算方法是指通过计算机模拟来描述海洋表面的电磁散射现象。
计算方法主要包括有限差分法、边界元法和有限元法等。
有限差分法是一种基于差分近似的建模方法，它将海洋表面的电磁散射问题离散化为差分方程，并通过迭代求解差分方程来计算电磁波的散射特性。
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海面电磁与光散射特性研究
海面电磁与光散射特性研究
引言：
海洋是地球上最广阔的自然界系统之一，其电磁与光散射特性对于海洋资源开发、水下勘探和遥感观测等具有重要意义。
海面电磁和光散射的研究能够为我们深入了解海洋环境、海洋生态系统以及海洋气候变化提供有效手段。
本文将对海面电磁与光散射特性的研究进行探讨，从而为相关领域的研究与应用提供参考。
一、海面电磁散射特性研究
海面电磁散射是指存在于海面上的电磁波与海面之间发生的相互作用现象。
这是由于海面存在着波浪、波纹、油膜、冰块、雾气等微观结构，使得电磁波传播时发生散射，从而使电磁波的传播方向、速度以及偏振状态发生改变。
研究海面电磁散射特性的主要目的是了解电磁波在海面上的传播规律，为海洋遥感和通信系统的设计与优化提供基础。
1.1 海面散射模型
海面电磁散射过程可以通过散射模型进行描述。
常用的模型有几何光学模型、小波理论模型和微带线模型等。
这些模型从不同的角度描述了电磁波在海面上的反射、折射和散射过程，并对波长、波面、入射角等参数进行了分析。
通过建立适当的海面散射模型，我们能够计算出电磁波在不同海况下的传播情况。
1.2 海面电磁散射实验研究
为了验证和修正海面电磁散射模型，科学家们进行了大量的实验研究。
实验器械上，常用的有雷达、船载激光雷达、散
射计等设备。
实验中，科学家们观察和记录了电磁波在不同入射角、波长以及海况条件下的反射率、散射强度等参数。
通过实验数据的分析和对比，我们能够了解电磁波的传播与散射规律，为模型的修正和优化提供依据。
二、海面光散射特性研究
海洋中的光散射是指光线在海水-空气-海底界面上发生折射、反射、散射等现象。
海水中存在的悬浮颗粒、溶解物质、有机物以及底层地貌等因素都会对光的传播和散射产生影响。
因此，研究海面光散射特性对于海洋生物学、海洋环境监测以及海洋遥感具有重要意义。
2.1 海面光散射理论
海面光散射理论是研究海洋光学的基础。
光学理论根据光的入射角、波长、传播距离等参数，分析和模拟光线在海面上的散射规律。
根据不同应用需求，可以采用光波传播方程、蒙蒂卡洛方法等不同理论模型进行分析和计算。
2.2 海面光散射实验研究
为了了解光在不同海况下的散射规律，科学家们进行了大量的海面光散射实验研究。
实验中，常用的仪器有船载光谱仪、散射光谱仪和遥感卫星等设备。
通过对光在不同波长、入射角、海洋环境参数下的散射特性进行测量和分析，我们能够深入了解光在海洋中的传播与散射规律。
结论：
海面电磁与光散射特性的研究对于相关领域的发展和应用具有重要的意义。
通过建立适当的散射模型和理论，可以计算和预测电磁波及光波在海洋环境中的传播规律；通过实验研究，能够验证和修正模型，为实际应用提供参考依据。
研究海面电磁与光散射特性，有助于我们更好地了解海洋环境、开发利用
海洋资源、进行水下勘探和海洋监测等工作，为海洋科学研究和海洋经济发展做出贡献
综上所述，研究海面光散射特性对于海洋生物学、海洋环境监测以及海洋遥感具有重要意义。
海面光散射理论作为研究海洋光学的基础，通过分析和模拟光线在海面上的散射规律，可以深入了解光在海洋中的传播与散射规律。
通过海面光散射实验研究，可以测量和分析光在不同波长、入射角、海洋环境参数下的散射特性，为建立适当的散射模型和理论提供参考依据，并帮助验证和修正模型。
因此，研究海面电磁与光散射特性对于深入了解海洋环境、开发利用海洋资源、进行水下勘探和海洋监测等工作具有重要的意义，为海洋科学研究和海洋经济发展做出贡献。