海面舰船电磁散射特性分析
大范围粗糙海面上舰船与低空目标电磁散射的区域分解计算.pdf
题 ? 我们已建立了低掠角入射二维粗糙海面上低空 目标电磁散射的有限元法复合模型 ，模拟分析了 双站、单站散射随目标高度、海面风速、入射与散 射角变化的函数关系 ? 随着电磁波频率 （如 ) 波段以 上） 的升高，以波长来表达的粗糙面与目标的几何 尺寸明显增大了 ? 由此，模型离散化后的内存需求 迅速增加，超出目前计算设备的性能极限，这就是 本文论及的大范围海面与目标的建模问题 ? 区域分
界条件，把大型问题分解为小型问题，复杂边值问 题转化为简单边值问题，是突破计算机内存瓶颈的 有效方法之一，并且在算法的结构上提高了其并行 度? 区域分解法的关键是分区边界条件的设置，大
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运动舰船尾迹SAR成像的电磁散射机理和模型研究
运动舰船尾迹SAR成像的电磁散射机理和模型研究运动舰船尾迹SAR成像的电磁散射机理和模型研究摘要：合成孔径雷达（SAR）是一种具有高分辨率和大覆盖能力的远距离探测技术。
在海上监测中，运动舰船尾迹SAR成像对于实时监测和目标识别具有重要意义。
本文通过对运动舰船尾迹的电磁散射机理和模型进行研究，为运动舰船尾迹SAR成像提供理论依据和技术支持。
一、引言在现代军事作战中，舰船尾迹成为了一个重要的侦察目标。
传统的雷达侦察技术由于受到海雾、海浪等因素的影响而受限。
而运动舰船尾迹SAR成像技术则能够有效地克服这些限制，实时获取舰船尾迹的信息。
二、运动舰船尾迹的电磁散射机理运动舰船尾迹的电磁散射机理是实现SAR成像的基础。
舰船尾迹主要由水汽和微粒组成。
当雷达波照射到舰船尾迹时，电磁波与水汽和微粒产生相互作用，发生散射、吸收和传播。
由于水汽和微粒的散射特性不同，照射回波的电磁波幅度和相位也会受到影响，从而形成不同的散射图像。
三、运动舰船尾迹SAR模型研究为了更好地理解和模拟运动舰船尾迹的电磁散射机理，需要建立相应的数学模型。
研究者通过运动舰船尾迹的物理特性、雷达波的特性和电磁散射机理等因素，建立了基于物理原理的数学模型。
该模型考虑了舰船尾迹的几何形状、水汽和微粒的分布以及电磁散射特性等因素，能够较好地模拟舰船尾迹的散射特性。
四、运动舰船尾迹SAR成像技术运动舰船尾迹SAR成像技术的关键是如何对照射回波进行处理，实现目标的提取和识别。
在SAR成像中，常用的方法有定焦成像和病态矩阵解算等。
通过这些方法，能够从复杂的背景中提取出运动舰船尾迹的信息，并实时获取目标位置、形状和速度等重要参数。
五、运动舰船尾迹SAR成像的应用前景运动舰船尾迹SAR成像技术在海上监测和军事侦察中具有广阔的应用前景。
通过实时获取舰船尾迹的信息，能够进行实时监测和目标识别，提高海上监测和作战效果。
此外，该技术还可以用于海上灾害监测和环境调查等方面。
海底掩埋目标的散射特性分析
舰 船 电 子 工 程
Ｓｈｉ ｅ ｔｏｎｃ Ｅｎ ｎｅ ｒｎｇ ｐ Ｅｌｃ ｒ ｉ ｇｉ ｅ ｉ
Ｖｏ ． Ｏ Ｎｏ ９ １３ ．
ｌ ５Ｏ
海 底 掩 埋 目标 的 散 射 特 性 分 析
刘千 里 陈志浩
武汉 ４０６） ３０ ４ （ 海军驻武汉 四三八厂军事代表室
ｗｈ ｃ ｗ ｒ ｑ ｅ ｃ ｎ ｄ ａ ｄ，ｉ ｓ ｉ ｔ ｅｅ ｔａ ｄ ｒ ｃ ｇ ｉ ｕ ｉｄ ｔ ｒ ｅ ｓｉ ｅ ｉ ｅ ｔｂ ｈ ｃ ｕ ｔ ｖ ｔ ｏ ｉｈ ｉ ｌ ｆｅ ｕ ｎ ｙ ａ ｄ ｗｉ ｅｂ ｎ ｓｏ ｓ ｕ ｔ ｏ ｄ ｔｃ ｎ ｅ ｏ ｎ ｚ ｂ ｒｅ ａ ｇ ｔ ｓ ｄｍ ｎ ｙ ｔ ｅａ ｏ ｓ ｉ ｗａ ｅｗｉ ｌ ｗ ｅ ｎ ｃ ｈ
析 和进一 步的 目标特性 探索 打下基 础 。
但很多现 代水雷 的作 战半径都 有 几百 米 ， 了保 持 为
一
水 下 目标声 散 射 问题 是 讨 论 目标 在入 射 声 场
作用下 ， 其反 射声场 和 由内部 弹性 引起 的 弹性 波 再
定 的安 全距离 ， 舰艇上 的声 纳在 近海 探测 掩埋 目
Ｋｉ ｈ ｏｆ ｒ ｈ ｆ 近似 ， ｃ 应用 回波计 算 的有 限元 法 （ 图像 或 学 方法 ） 和海 水 与沉 积 层 界 面 的单 元 散 射模 型 ， 得
到掩 埋物体 的散 射 回波 。利 用这 种方 法 ， 能计算 出
转 向了小 掠射 角 下 的探 测 理论 和实 验 研 究 。所 谓
的小 掠射 角 ， 是指 小于全 反射 临界 掠角 的掠 角 。对
于通 常的泥沙 海底 ， 声波从 水面 向海底 相距 ２ 水 倍 深 的距 离处入 射时 ， 在海底 界面处 的掠角 就 已经差 不多是 临界掠 角 了 ， 近 海水 深 常 常 只有 几 十米 ， 而
高品质地波及海面电磁波传播特性及预测模型研究
高品质地波及海面电磁波传播特性及预测模型研究1. 引言电磁波传播特性与预测是电磁场理论和应用领域的重要研究方向。
海面电磁波传播特性是其中的一个重要方面，具有广泛应用价值。
因此，本文将阐述高品质地波及海面电磁波传播特性及预测模型的研究。
2. 海面电磁波传播特性在海洋上，电磁波的传播特性与陆地上有很大差异。
首先，水分子对电磁波的强烈吸收和散射现象导致电磁波在水中的传播衰减较快。
同时，海面波浪也会对电磁波的传播造成干扰，导致信号的衰减和失真。
因此，为了解决海面电磁波传播的问题，需要研究适合海面传播的频率范围、天线高度和传播距离。
2.1 频率范围海面电磁波传播频率范围一般选择在800 MHz到6 GHz之间。
因为这一频率范围下的电磁波能够通过波浪层和水面层的传播衰减区域，同时也不受雷电等自然干扰的影响。
2.2 天线高度针对海面电磁波传播特性，天线高度的选择也非常关键。
合理提高天线高度可以降低频率下电磁波穿过波浪层和水面层的传播衰减带宽，同时降低海面波浪干扰的影响。
2.3 传播距离海面电磁波传播距离与海面条件、大气状况、发射功率和接收灵敏度等因素有关。
当前，已经研究出了不同频率下不同距离的电磁波传播损耗模型，可以有效预测传输距离。
3. 高品质地波及海面电磁波传播预测模型高品质地波及海面电磁波传播预测模型的研究是为了找到一种能够准确预测海面电磁波传播的模型。
目前，已经形成了一些预测模型。
3.1 理论模型理论模型是挖掘电磁波和海面相关参数之间的数学公式。
这种方法是研究海面电磁波传播的传统方法，准确性较好，但需要大量实验数据进行校准。
3.2 基于机器学习的预测模型机器学习模型，作为一种新的预测模型，可以在一定程度上弥补理论模型中的不足。
机器学习方法可以自动从海面电磁波的传播历史数据中抽取特征，寻找电磁波传播的规律，对预测模型进行优化。
随着机器学习技术的发展，近年来基于机器学习的预测模型得到了迅速发展，在海洋采油打井、海上通讯等方面得到了广泛应用。
海天背景下舰船可见光散射特性研究与仿真
[
]
b(k)
=
σ2v
c a2 p (k − 1) + σ2w 。 + c2σ2w + c2a2 p (k − 1)
上述样本的均方估计的误差为 p (k)，可计算得到
p (k)
=
1 c
σ2v
b
(k)
。
上述的样本处理过程中，只涉及到一小部分的固
定样本，因此并不能对所有情况下的可见光进行有效
的预估。本文采用随机抽样的方式，对舰船的可见光
关键词：可见光；散射；背景
中图分类号：TN929.1 文献标识码：A
文章编号： 1672 – 7649(2019)1A – 0064 – 03
doi：10.3404/j.issn.1672 – 7649.2019.1A.022
Research and simulation of visible light scattering characteristics of ships in sea and sky background
红外波段之所以被广泛应用于舰船，是因为其具 备了较强的优势：
1）红外波段能够在夜间发挥作用。可见光探而红外探测器不同，不会受制于可见光而实时 开展工作。最主要的原因就是红外波段结合目标与背 景的红外辐射差异完成探测。
2）隐蔽性特征明显。红外波段探测器不会将电磁 波发射到外界，是被动性作业。以雷达或是激光波段 为基础所形成的探测器，要求有电磁波信号的发射，
收稿日期: 2018 – 11 – 07 作者简介: 景辉辉 (1988 – )，女，硕士，助教，从事光学、激光及太赫兹波方面的研究。
第 41 卷
景辉辉：海天背景下舰船可见光散射特性研究与仿真
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粗糙海面目标电磁散射的研究的开题报告
粗糙海面目标电磁散射的研究的开题报告一、研究背景粗糙海面目标电磁散射是一种非常复杂的现象，涉及海面的物理特性、目标的形状和材料特性、电磁波的物理本质等多种因素。
目前，粗糙海面目标电磁散射的研究已经成为遥感领域和海洋工程领域中备受关注的热点问题。
二、主要研究内容本研究计划从以下三个方面展开深入探究：（一）粗糙海面的物理特性研究。
首先，我们需要识别出海面的粗糙度，然后根据粗糙度对海面的散射特性进行分析。
（二）目标形状和材料特性的分析。
同样重要的是，我们需要对目标的形状和材料特性进行分析，例如目标表面的反射率，避免散射波与自身反射干扰。
（三）电磁波的物理本质研究。
电磁波在粗糙海面和目标表面的反射、散射和透射过程中的行为非常复杂，因此需要深入了解电磁波的物理本质，以便更好地理解散射现象的本质特性。
三、研究意义本研究的意义在于可以探究粗糙海面目标电磁散射的物理机制，为遥感领域和海洋工程等应用领域提供高效的散射模型，为海洋开发的相关工作提供技术支持。
四、研究方法本研究采用理论计算和仿真模拟相结合的方法。
具体来说，基于海面粗糙度和目标形状以及材料特性等因素，我们将使用计算机模拟和数值计算的方法，对粗糙海面目标电磁散射现象进行模拟和分析，并建立相关的数学模型和数值算法，最终实现可视化和计算机辅助分析等工作。
五、预期成果本研究预期将实现以下三个方面的成果：（一）建立粗糙海面目标电磁散射的计算模型。
（二）探究粗糙海面目标电磁散射的物理机制，揭示了该现象的本质特性。
（三）提供新的解决方案和应用思路，为海洋开发等领域的相关人员提供科学依据和技术支持。
六、研究难点本研究的主要难点在于海面的粗糙度、目标的形状和材料特性以及电磁波的物理特性等影响因素非常复杂，因此需要建立高度精细的计算模型和数值算法，从而保证计算和模拟的准确性和可靠性。
另外，本研究涉及多学科交叉，需要各领域专家之间的密切合作和协调配合。
七、研究进展目前，本研究已经完成海面粗糙度分析和目标形状和材料特性分析的理论模型建立工作，并正在进行模拟和计算分析的相关工作，预计在未来的数年内取得一系列重要和创新性成果。
舰船电磁兼容解决方案(3篇)
第1篇随着科技的不断发展，舰船电子设备的应用越来越广泛，电磁兼容性问题也逐渐凸显出来。
电磁兼容性（Electromagnetic Compatibility，简称EMC）是指电子设备在正常工作或受到电磁干扰时，不会对其他设备产生干扰，同时自身也能抵抗外部电磁干扰的能力。
对于舰船而言，电磁兼容性是保证电子设备稳定运行、提高作战效能的关键。
本文将针对舰船电磁兼容性问题，提出相应的解决方案。
一、舰船电磁兼容性问题分析1. 电子设备种类繁多现代舰船上的电子设备种类繁多，包括通信、导航、雷达、火控、电子战等系统。
这些设备在运行过程中会产生各种电磁干扰，相互之间也可能产生干扰，导致系统性能下降。
2. 电磁干扰来源复杂舰船电磁干扰来源主要包括以下几方面：（1）内部干扰：舰船内部设备产生的电磁干扰，如通信设备、雷达等。
（2）外部干扰：来自舰船外部环境的电磁干扰，如地磁干扰、空间电磁干扰等。
（3）人为干扰：舰船工作人员操作不当、设备故障等原因引起的电磁干扰。
3. 电磁兼容性测试困难舰船电磁兼容性测试涉及到多个频段、多种干扰类型，测试设备和环境要求较高，给测试工作带来一定难度。
二、舰船电磁兼容解决方案1. 设备设计阶段的电磁兼容性考虑（1）采用模块化设计：将舰船电子设备划分为若干模块，实现模块间的高隔离度，降低相互干扰。
（2）优化电路设计：在电路设计过程中，充分考虑信号完整性、电源完整性等因素，降低电磁干扰。
（3）选用合适的元件：选用低电磁干扰、低辐射的元件，如无源元件、有源元件等。
2. 舰船内部电磁兼容性措施（1）合理布局：在舰船内部，对电子设备进行合理布局，避免相邻设备产生干扰。
（2）屏蔽措施：对敏感设备进行屏蔽，降低外部电磁干扰的影响。
（3）滤波措施：在电源线、信号线等关键部位加装滤波器，降低电磁干扰。
（4）接地措施：合理设计接地系统，降低电磁干扰。
3. 舰船外部电磁兼容性措施（1）选择合适的舰船材料：选用低电磁干扰、低辐射的舰船材料，如不锈钢、铝等。
海面舰船目标复合电磁散射的镜像多路径模型
海面舰船目标复合电磁散射的镜像多路径模型胡照军;傅敏辉;黄琼;冯鸿奎【摘要】针对传统四路径模型存在的平面近似误差问题，提出了海面舰船目标复合散射的镜像多路径模型。
该模型合理解释了目标下方粗糙海面镜像反射单元斜率缓变对耦合散射的影响。
数值仿真实验表明，这种包含船海各部分散射单元的振幅和相位信息的场叠加模型，可以有效地应用于海上舰船目标散射特征的识别和SAR图像仿真。
%Aiming at the problem of planar approximation error in the traditional four-path model,a specular multi-path model for the EM scattering from sea surface with a ship-like target was put forward,which could reasonably explain the influence of slowly changing slope of specular reflection unit of sea surface below target on the coupling scattering.Numerical simulation results showed that the field superposition model,which con-tained both the amplitude and phase information of the scattering facets on the composite ship-sea surface,could be effectively applied in the scattering characteristics identification of ship target on the sea surface and SAR im-age simulation.【期刊名称】《探测与控制学报》【年(卷),期】2014(000)006【总页数】4页(P31-34)【关键词】海面;舰船;复合散射;多路径模型【作者】胡照军;傅敏辉;黄琼;冯鸿奎【作者单位】中国卫星海上测控部，江苏江阴 214431;中国卫星海上测控部，江苏江阴 214431;中国卫星海上测控部，江苏江阴 214431;中国卫星海上测控部，江苏江阴 214431【正文语种】中文【中图分类】TN0110 引言针对各种新体制雷达和对地高分辨观测的需求，海面与舰船目标的复合电磁散射特性的实验与模型已成为当前研究热点。
海面舰船目标紫外和可见光波段散射特性研究
海面舰船目标紫外和可见光波段散射特性研究牛武斌;李奎;杨玉峰【摘要】采用Mote-Carlo方法构造了二维随机粗糙海面.利用海面双向反射分布函数(BRDF)模型计算了海面在紫外和可见光波段的辐射亮度,并与大气传输软件Modtran计算结果进行了对比分析.基于目标表面材料BRDF模型,计算分析了海上某舰船目标分别在紫外和可见光波段对背景辐射的散射亮度,并与海面背景辐射亮度进行了对比.结果表明,在紫外和可见光波段,海面背景辐射对舰船目标亮度的影响可以忽略,探测时间和方位、舰船表面材料、目标形状以及探测波段等因素,共同决定了舰船目标的散射特性,为实现海面舰船目标的多波段实时探测与识别提供一定的参考依据.【期刊名称】《河南科学》【年(卷),期】2019(037)003【总页数】7页(P349-355)【关键词】双向反射分布函数(BRDF);紫外和可见光;舰船目标;海面散射【作者】牛武斌;李奎;杨玉峰【作者单位】山西大学物理电子工程学院,太原 030006;西安电子科技大学物理与光电工程学院,西安 710071;西安理工大学自动化与信息工程学院,西安 710048【正文语种】中文【中图分类】O436.2;TN971.+1目标与环境的光学特性，在目标的探测与识别、精确制导、装备制备等军事领域以及环境监测、地物遥感、灾难救援等民用领域都具有重要的应用价值.近年来，海上局势日趋紧张［1］，海面及舰船目标的光学特性研究显示出极其重要的战略作用.国外对目标与环境的光学特性研究较早，至今建立了包含舰船在内的各种军事目标与环境光学特性数据库，研究波段范围已经扩展到紫外-可见光-红外等多个波段.目前我国对海面和海面上舰船目标的研究，主要集中在红外和微波波段.2014年，靳兰海［2］讨论了海面在红外波段的辐射亮度及其对舰船目标探测的影响，吴庚坤［3］等人讨论了文氏改进谱海面的微波散射特性；2017年，杨敏［4］等人利用OGRE渲染引擎仿真了不同条件下的舰船目标红外成像，王强、郭立新［5］等人利用时域混合算法等多种方法研究了海面及其与舰船目标在雷达波段的混合电磁散射特性；2018年，李奎［6］研究了可见光波段二次散射对舰船目标散射亮度的影响.随着红外与雷达隐身技术的发展，通过单一波段对目标进行定位与识别已不能满足实际战场环境需求，且雷达与激光探测需要发射电磁波，容易暴露目标，紫外和可见光均属于被动探测，隐蔽性较高，但夜间不能正常工作，所以对目标进行多波段联合探测成为必然趋势［7-8］.本文基于描述目标表面光散射特性的双向反射分布函数BRDF模型，在紫外和可见光波段，分别研究了海面和舰船目标对背景辐射的散射特性，并分析了不同波段海面辐射对目标探测与识别的影响，讨论给出了影响目标亮度特征的主要因素.1 海面背景在紫外和可见光波段的辐射特性1.1 海面几何建模自然条件下，局部海面受到风速、风向、洋流等因素影响，由于重力和表面张力作用形成海浪，产生了不同程度的高低起伏，形成粗糙海面，对海面进行直接测量难度较大，多采用数值模拟与物理方法相结合方式对海面粗糙度进行仿真模拟.本文采用Mote-Carlo方法，对二维P-M谱粗糙海面进行了仿真模拟［6，9］，构造了不同风速下的海面模型，分别如图1（a）和图1（b）所示，海面区域大小为30 m×30 m，风速分别为3 m/s和10 m/s，风向与观察方向相同.图1 不同风速下二维P-M谱粗糙海面模型Fig.1 Two-dimensional P-M spectral rough sea surface models under different wind speeds比较图1（a）和图1（b）可以看出，风速较小时，海面整体起伏较小，局部形成小波浪，相对粗糙，当风速较大时，海面整体出现较大波动，局部小范围相对平滑，与自然条件下海面随风速的变化规律相符合.1.2 海面BRDF建模双向反射分布函数BRDF定义为从材料表面某一方向出射的辐射亮度与某一方向入射到材料表面的辐照度之比［10］.科研人员从理论建模以及实验测量方面都对其进行了大量的研究［11-13］，广泛应用于目标与环境的光散射特性、材料诊断等方面，涵盖了激光、微波、红外、可见光、紫外等波段［7，14-15］.海面作为随机粗糙面，可看成由大量的小波面组成，每个小波面近似为平面，讨论其对背景辐射的散射亮度特征时，采用BRDF模型进行计算.2005年V.Ross［16］等人建立了海面的BRDF模型，并讨论了海面对太阳辐射的反射特性，2013年Huang J［17］等人进一步讨论了海面反射阳光的BRDF经验模型，海面BRDF模型具体形式如式（1）所示.式中：F(ks,kr)表示反射系数，取决于海面折射率和反射率；qvn(ks,kr)表示面元权重，与面元坡度以及面元遮挡等因素有关；ks、kr、kn分别表示入射光线反方向、反射光线、面元法线方向；θs和φs分别表示入射方向天顶角和方位角；θr和φr 分别表示反射方向天顶角和方位角.BRDF模型各参量关系如图2所示.图2 面元BRDF模型几何关系示意图Fig.2 Geometric relationship sketch map of BRDF model surface elements1.3 海面对背景辐射的散射计算由于海面背景各向非均匀辐射特性，需要计算其在不同方向的辐射亮度.在紫外和可见光波段，海面背景辐射由海面对太阳和大气背景在紫外和可见光波段辐射的散射构成，则海面背景在某一方向某波长辐射亮度Lr,λ 表示为［2，6，9］式中：τλ为大气透过率；ρλ为海面对波长λ辐射的反射率；Lλ,sky和Lλ,sun分别表示天空背景和太阳波长为λ的辐射亮度.引入海面BRDF模型 f(k s,kr)后，每个海面面元散射亮度表示为Eλ,sky和Eλ,sun分别表示天空背景和太阳辐照度，则海面面元在波段λ1～λ2某一方向辐射亮度Li,sea表示为：天背景辐射和太阳辐射均使用大气传输软件Modtran进行计算［18-19］，由于天空背景各向均匀辐射，采用45°天背景辐射来代替所有方向天背景辐射［2，6］，计算时积分所有入射方向.最后对所有海面面元加权平均，即得到海面在某一方向特定波段的背景辐射亮度.1.4 计算实例与分析以1.1节中构建的海面几何模型为目标，计算了其在0.3～0.4 μm 紫外波段和0.4～0.76 μm可见光波段、不同观测条件下的辐射亮度角分布，分别如图3（a）～（d）所示. 观测高度0 km，观测时间为：2018年8月15日10：00和16：00，对应太阳天顶角、方位角分别为（31.256°，104.439°）和（56.085°，270.525°），海面风速取 3 m/s和10 m/s，风向正北，大气模式选取1976美国标准大气模式，海水表面温度300 K，不使用云、雨的衰减，气溶胶模式为海军海事.图3 不同波段、不同观测条件下的海面辐射亮度角分布Fig.3 Radiation luminance angular distribution of the sea surface in different bands and different observation conditions比较不同波段图 3（a）和图3（b），海背景辐射亮度在紫外波段小于可见光波段近一个数量级，原因是入射到海面的太阳辐射照度在紫外波段比可见光波段小一个数量级，且天空背景辐射相差不大；由于海面对阳光的镜反射作用，在太阳入射的镜反射方向均能看到明显亮度峰值.比较不同观测时间图3（b）和图3（c），在太阳入射的镜反射方向均存在明显峰值，但16：00时可观测到的较大海面辐射亮度范围变窄，原因是16：00时太阳入射天顶角变大，造成海面面元间相互遮挡增多，特定海面区域被照射面元数减少，形成了细长海面亮带.比较不同风速图3（b）和图3（d），当风速增大，海面产生较大波动，太阳入射镜向无明显峰值，海面亮度峰值由太阳镜向集中分布向两边扩散，且亮度值减小，与实际可见光下观察到的海面状况相似.在紫外-可见光波段，取太阳镜反射方向，利用BRDF模型计算得到的海面背景辐射亮度谱分布与Modtran软件计算结果对比如图4所示.图4 不同方法得到的海面背景辐射亮度谱分布对比Fig.4 Comparison of spectral distributions of the sea surface radiation luminances obtained by different methods从图4中可以看出，无论是10：00时还是16：00时，海面背景辐射亮度谱分布与Modtran计算结果基本一致.而在使用Modtran软件计算海面背景辐射时，需要逐个观测角度进行输入计算，不适用于在海背景下对目标进行实时探测的应用中.2 舰船目标在紫外和可见光波段对背景辐射的散射计算2.1 舰船对背景辐射的散射亮度计算在紫外和可见光波段，舰船目标自身无辐射，探测器接收到的辐射亮度主要是由舰船目标对背景辐射的散射亮度构成.先通过3DMAX软件建立某型号舰船目标仿真模型，然后将其剖分成大量的小三角面元，计算观察方向每个可见面元对某波段背景辐射的散射亮度，最后将所有可见面元加权平均得到某波段舰船目标在特定观察方向的散射亮度.每个目标面元接收到的背景辐射来自天空背景辐射、海面背景辐射和太阳辐射3个方面.在计算面元对背景辐射的散射亮度时，根据BRDF定义，须将背景入射方向以及探测器接收方向统一转化到面元坐标系中进行计算［6，20］.则在面元坐标系中，目标面元在特定波段对天空背景辐射或者海面背景辐射的散射亮度Lr,sky/sea表示为式中：fr(θi,φi,θs,φs,λ)为面元表面材料光谱BRDF，取决于材料表面粗糙程度、介电常数、入射波长λ、入射方向(θ i,φi) 和散射方向(θ s,φs)等因素，计算过程中使用曹运华、吴振森［14］等人提出的BRDF五参数模型，具体形式见文献［14］，λ1～λ2为入射波长范围，Li,λ为(θ i,φi)入射方向背景光谱辐射亮度.式中：Li,λ,sky为天空背景辐射亮度；Li,λ,sea为海面背景辐射亮度.面元对太阳辐射的散射亮度Lr,sun表示为式中：Eλ,sun表示太阳辐照度.由于面元间的相互遮挡、目标姿态以及探测器角度等因素，并非所有面元都能被观测到，也并非所有面元都能同时接收到所有方向背景辐射，所以在计算面元对背景辐射的散射亮度时，须先对面元进行入射方向和接收方向遮挡消隐处理，计算过程中采用了Z-Buffer算法讨论面元以及面元间的遮挡效应［2］，则每个面元在某一接收方向对背景辐射的散射亮度Lr表示为式中：S1和S2分别代表入射方向和接收方向遮挡效果，面元可见取1，不可见取0，Lr,sky表示每个面元对天空背景辐射的散射亮度，Lr,sea表示面元对海面背景辐射的散射亮度，最后，对所有可见面元散射亮度加权平均得到舰船目标在某一探测方向的散射亮度Lship为式中：Sj、Lr,j分别为目标第j个可见面元在探测器方向上投影面积和散射亮度，m为可见面元个数.2.2 计算实例与分析以某型号舰船模型为目标，计算了其在紫外和可见光波段，不同条件下的散射亮度角分布.舰船模型尺寸为长×宽×高：20 m×3 m×6 m，取海面背景区域30 m×30 m，计算条件与1.3节中计算海面对背景辐射的散射亮度时相同，目标表面蒙皮材料分别选取为：在紫外和可见光波段，BRDF镜向反射分量较强的白漆，以及BRDF漫反射分量较强、镜反射分量较弱的飞船包覆材料，白漆以及飞船包覆材料在紫外和可见光波段BRDF五参数取值分别见文献［15］和文献［7］.舰船姿态以及探测器接收轨迹如图5所示，虚线为探测器轨迹，圆点为探测器起始位置.图5 目标姿态及探测器轨迹示意图Fig.5 Sketch map of the target posture and detector track讨论海面辐射对目标探测的影响：取探测方位B，此方位海背景散射亮度较大.在紫外和可见光波段，海背景散射亮度与舰船目标散射亮度对比分别如图6（a）和图6（b）所示.图6 不同波段不同时间海背景散射亮度与舰船目标散射亮度对比Fig.6 Comparison of scattering luminances between sea background and shiptarget in different bands and different times比较图6（a）和图6（b）发现，在紫外波段，即使在太阳入射镜反射方向观察，海背景散射亮度都远小于目标散射亮度，不会对目标亮度特征产生影响；在可见光波段，虽然海面在太阳入射镜向散射亮度较大，但相比同一时间的目标散射亮度，也几乎不产生影响.所以无论在紫外波段还是可见光波段，海面背景辐射均不会影响目标的散射亮度特征.从图6中还可以看出，在不同的探测时间，由于太阳入射方向不同，目标的散射亮度峰值位置及大小也对应发生改变.讨论不同表面材料的舰船目标：表面材料为飞船包覆材料和表面材料为白漆的舰船目标在10：00不同波段不同探测方位散射亮度角分布分别如图7（a）和图7（b）所示.图7 不同表面材料目标在不同波段和不同探测方位散射亮度角分布Fig.7 Scattering luminance angular distribution of targets of the different surface materials in different bands and different detection orientations比较图7（a）和图7（b）发现，对于表面材料为白漆的舰船目标，由于白漆材料BRDF镜向分量明显，所以在探测方位A，无论是紫外波段还是可见光波段，在太阳入射方向以及镜反射方向均能看到较大散射亮度，且可见光波段较为明显.在探测方位B，由于太阳入射方向所在平面与探测方位所在平面几乎垂直，均无散射亮度峰值出现，仅在目标正上方区域太阳照射部位可观察到较大散射亮度；对于表面材料为飞船包覆材料的目标，由于飞船包覆材料BRDF漫反射分量明显，在太阳入射方向和镜反射方向均无散射亮度峰值，而在紫外波段，探测方位B，在舰船两侧可观察到较大散射亮度.因此，对于表面材料为飞船包覆材料的目标，可选择紫外波段探测方位B进行探测，对于表面白漆材料目标，可选择可见光波段探测方位A进行探测.讨论不同形状的舰船目标：取另一表面结构相对舰船目标简单的白漆面游艇为研究对象，计算了其在10：00、探测方位A、紫外和可见光波段的散射亮度角分布，与舰船目标散射亮度对比如图8所示.图8 不同形状目标在不同波段散射亮度角分布Fig.8 Scattering luminance angular distribution of the different shape targets in different bands从图8中可以看出，对于海背景下的不同形状目标，由于紫外波段和可见光波段的辐射和散射特性，均显示出相似的散射亮度特征.而对于表面设备较多、结构复杂的舰船目标来说，可见光波段相比波长较小的紫外波段，更能显现出较为明显的散射亮度特征.综合以上讨论，在紫外和可见光波段，海面背景辐射对目标的散射亮度特征不会产生影响.对于不同表面材料的目标，选择合适的探测方位以及探测波段，才能显示出明显的散射亮度特征，同时，探测时间和目标形状也对目标的散射亮度特征产生影响.3 结论在紫外和可见光波段，海面背景辐射主要受到太阳辐射和海面风速的影响，在不同时间、不同风速下可观测到不同的散射亮度特征.讨论海面上舰船目标的散射亮度特征时，在紫外波段和可见光波段，海背景辐射亮度可以忽略，直接计算舰船目标对天空背景和太阳辐射的散射亮度，极大地提高了计算速度，为实现舰船目标的实时探测提供了有效手段.对于不同特征的舰船目标，由于探测方位、探测时间以及探测波段的不同而表现出特有的散射亮度特征，在对舰船目标进行多方位、多波段联合探测与识别过程中，具有重要的参考价值.【相关文献】［1］欧阳维.中国边海防面临的安全行驶与对策思考［J］.和平与发展，2015，27（1）：16-28. ［2］靳兰海.海面对阳光及大气背景红外辐射的散射特性研究［D］.西安：西安电子科技大学，2014.［3］吴庚坤，姬光荣，姬婷婷，等.基于文氏改进谱的二维粗糙海面模型及其电磁散射研究［J］.物理学报，2014，63（13）：143-155.［4］杨敏，李敏，易亚星，等.基于OGRE的海面舰船目标红外仿真方法［J］.激光与红外，2017，47（1）：53-57.［5］王强，郭立新.时域混合算法在一维海面与舰船目标复合电磁散射中的应用［J］.物理学报，2017，66（18）：39-46.［6］李奎.海面上目标的光散射特性研究［D］.西安：西安电子科技大学，2018.［7］邹喜仁.目标紫外-可见光光谱散射特性分析及探测波段研究［D］.西安：西安电子科技大学，2014.［8］高宇辰，周冰，刘贺雄，等.军事目标激光散射特性研究进展［J］.激光与红外，2017，47（9）：1063-1070.［9］徐德伦，于定勇.随机海浪理论［M］.北京：高等教育出版社，2001.［10］ NICODEMUS F E.Reflectance nomenclature and directional reflectance and emissivity［J］.Applied 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不同海情海面与目标复合电磁散射理论与实验研究的开题报告
不同海情海面与目标复合电磁散射理论与实验研究
的开题报告
一、选题背景：
海洋航行和海上作业常常需要准确识别和定位海面目标，如船只、
人员、设备等，而复合电磁散射技术已经成为一种有效的手段。
复合电
磁散射是指当目标距离远大于电磁波波长时，目标表面出现同一点同时
反射多条电磁波，产生相互干涉效应的散射现象。
对于不同种类的海面
目标，其电磁波的反射和干涉效应也会不同，因此需要进行深入的研究。
二、研究内容：
本课题拟通过理论分析和实际测试相结合的方法，对不同海情海面
与目标的复合电磁散射特性进行深入研究，具体内容如下：
1.分析各种海情海面（如海洋中的波浪、潮汐、海流等）对电磁波
的传播和反射散射的影响，建立海情海面的数学模型；
2.研究不同种类的海上目标（如战舰、货船、浮标、浮筒等）对电
磁波的反射和散射的特性，建立目标模型，并模拟计算不同角度、距离
和波长下的电磁波散射场；
3.通过实验测试验证理论分析的结果，采用雷达、卫星等设备对海
情海面和目标进行测量，并分析实验数据，探究海情海面和目标的电磁
散射规律；
4.设计并制造符合实际海况条件的海洋航行及作业场景，对现有复
合电磁散射技术进行性能测试，验证其在海洋环境下的可行性和有效性。
三、研究意义：
随着近年来海洋经济的快速发展，海事领域对高效、精准的目标探测和定位的需求日益增大。
海洋环境复杂多变，而复合电磁散射技术具有清晰、准确的目标识别和定位优势，在海事领域应用前景广阔。
本课题将对不同海情海面和目标的电磁散射特性进行深入研究，可以为海洋航行、海上作业、海洋资源勘探等领域提供基础研究支持，也有助于提高我国海事科技水平和竞争能力。
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海面舰船电磁散射特性分析
海面舰船电磁散射特性是指在雷达波长范围内，海面舰船对电磁波的反射和散射的特性。
海面舰船电磁散射特性主要与舰船的尺寸、形状、机体结构、表面涂层、材料及目标的方向性、雷达频率等因素有关。
其中，形状和机体结构是影响电磁散射特性的最关键因素。
因此，对于一艘舰船，其电磁散射特性的影响因素应该从这两个方面进行分析。
首先，尺寸和形状对电磁散射特性的影响较大。
舰船的水线长度、宽度、高度和各个部位的流线型对电磁散射的影响不同。
一般来说，舰船的长宽比较小时，其电磁散射特性较差；而长宽比较大的舰船，由于其细长的特点，电磁散射特性能够得到一定的优化。
此外，舰船的平台和驾驶舱等部位的高度也会影响其电磁散射特性。
因此，在舰船的设计中，应该考虑到这些因素，尽可能地降低其电磁散射的强度。
其次，舰船的机体结构也会对电磁散射特性产生重要的影响。
一般来说，舰船的目标散射截面（RCS）主要与舰船的表面特征和反射面积有关。
因此，在选择舰船表面涂层和导电材料时，应该尽可能地保证其平滑度和反射率。
此外，舰船的天线、烟囱、桅杆等部位也会影响其电磁散射特性，需要进行合理的设计和优化。
在雷达波长范围内，舰船的散射比较复杂，不同频率下其散射特性也会有显著差异。
在低频段（VHF、UHF），舰船的目
标散射截面主要由反射面积和舰船的表面特征决定，而在高频段（X波段、K波段），舰船的目标散射截面主要由舰船的几何特征和导电率决定。
综合来看，对于设计和优化舰船电磁散射特性，需要考虑舰船的几何结构、表面特征、材料和雷达频率等因素，进行合理的设计和优化。
这样才能有效地降低其电磁散射的强度，提高其隐身性能。
海面舰船电磁散射特性的数据分析需要考虑多个方面，包括舰船的核心参数、雷达特性以及舰船结构等，下面列举几个关键数据进行分析。
1. 舰船的镜像反射比
舰船的镜像反射比是指雷达能量射向舰船表面形成的虚像和舰船表面实际反射出的雷达波射线比值，通常表示为dB。
这个参数是评估舰船电磁散射特性的关键指标，它可以用来评价舰船的隐身能力。
当舰船的镜像反射比越低，其电磁散射特性也就越优良。
因此，设计和优化舰船的措施应考虑如何降低其镜像反射比。
2. 舰船的雷达截面积（RCS）
舰船的雷达截面积是指雷达波射向舰船表面后被反射的能量大小。
它是评估目标对雷达探测能力的关键参数之一。
舰船的雷达截面积受到舰船表面的形态和材料的影响，是衡量目标隐身性能的一个重要指标。
目前，各国军队对于舰船雷达截面积越来越重视，驱动新一代舰船设计和研发的隐身技术创新。
3. 天线增益和发射功率
雷达探测到的目标距离和目标识别的能力主要取决于发射功率和天线增益的大小。
因此，舰船在进行集成电路和雷达设计时，应考虑选择合适的天线增益和发射功率。
随着科技的不断进步，高功率的天线和雷达系统也容易被发现，目前各国对于舰船雷达的研究需要更多关注低功率的系统。
综合来看，海面舰船电磁散射特性的数据分析需要综合考虑舰船的镜像反射比、雷达截面积、天线增益和发射功率等关键参数。
这些数据可以用来评估舰船的隐身性能和抗干扰能力，驱动新一代舰船设计和研发中的科技革新。
美国海军F-18隐身
技术案例分析和总结
美国海军为提高其F-18鱼鹰式固定翼战斗机的隐身性能，投
入巨资开发新一代隐身技术。
该技术主要针对该型战机的雷达反射特性进行优化，实现材料隐身、结构隐身和感知隐身等方面的进步。
该隐身技术的实现涉及到多个关键参数，包括以下几点：
1.材料隐身
通过精心挑选材料，实现雷达波的吸收和反射。
在F-18鱼鹰
式固定翼战斗机上，涂层材料和喷漆等替代材料的运用广泛，以实现降低雷达反射增益和保证战机的隐身性。
2. 结构隐身
采用减少外部凸起物和选择优化形状的方法，实现减小F-18鱼鹰式固定翼战斗机截面积和外部特征信号的降低。
战机表面的硬件、天线和附加装置等部件有较小的外部尺寸，以降低反射增益为目标。
3.感知隐身
通过提高电磁波效应的接收效率，改善隐身装置的工作效率，实现对各种雷达，红外线探测器和其他感知装置的干扰效果。
为了实现感知隐身，美国海军为F-18战斗机配备了全息重构设备和干涉装置等。
基于以上三点的改进措施，F-18鱼鹰式固定翼战斗机在真实作战中取得了不少突破。
例如两种不同版本的F-18战斗机，进行隐形设计改进后，同样是一次实际拍卖交流比赛的参赛对象。
其中一架F-18在比赛中完成了隐身跑道飞行，而另外的F-18则因为探测仪器反应太强，未能完成隐身试飞。
基于此案例分析，可以得出以下几点结论：
1. 隐身技术是现代战争的重要组成部分，地球上的各国都在加紧研究和应用新一代的隐身技术。
2.在隐身技术研究过程中，科学家和工程师需要考虑多个关键参数，包括隐身材料、结构和系统等方面，系统性和综合性变得至关重要。
3. 隐身技术的研究需要不断创新和优化，需要配合机体性能等因素，同时必须符合军队实际应用的需求。
最后，可以继续深入研究隐身技术，来不断优化并提高它的实践效果。