一維海面和破碎波結(jié)構(gòu)電磁散射的并行前后向迭代研究.pdf

1、復(fù)雜條件下粗糙海面電磁散射研究，對(duì)海面目標(biāo)的雷達(dá)制導(dǎo)、目標(biāo)識(shí)別領(lǐng)域的研究是十分重要的。隨著越來(lái)越多的海洋工程應(yīng)用，在電磁散射領(lǐng)域，對(duì)數(shù)值方法的計(jì)算速度和效率提出了越來(lái)越高的要求。本文使用前后向迭代、修正前后向迭代、廣義前后向迭代和阻抗加載技術(shù)，結(jié)合OpenMP并行加速技術(shù)，研究了海面和破碎浪各個(gè)階段的電磁散射特性，初步探討了“海尖峰”形成的機(jī)理；極大的提高了矩量法的計(jì)算速度和效率，實(shí)現(xiàn)了海面電磁散射的快速計(jì)算，為復(fù)雜條件下一維海面的電磁

2、散射計(jì)算提供了快速有效的解決方法。
　　本文首先介紹了海面和破碎浪的幾何建模，使用線性濾波法模擬生成了一維PM海面。給出了錐形波照射下錐形因子、海面長(zhǎng)度的取值。推導(dǎo)了FBM(前后向迭代)所需的阻抗矩陣方程，編程實(shí)現(xiàn)了FBM的計(jì)算。討論了FBM收斂規(guī)律，其收斂性與粗糙面的粗糙程度無(wú)關(guān)，只跟其入射頻率和積分方程類型有關(guān)系，給出了最壞情況下所需的最大迭代次數(shù)。在使用LU分解和文獻(xiàn)結(jié)果驗(yàn)證后，討論了PM海面的雙站散射特性影響因素（風(fēng)速、入

3、射角度、入射頻率）。其次推導(dǎo)了MFBM(修正的前后向迭代)計(jì)算所需的雙積分矩陣方程，編程實(shí)現(xiàn)了MFBM。數(shù)值討論了MFBM的收斂特性。使用OpenMP對(duì)FBM和MFBM的阻抗填充、三角矩陣方程相乘、三角方程求逆等過(guò)程進(jìn)行并行化處理，對(duì)不同方案的性能進(jìn)行討論優(yōu)化，得到整體性能相對(duì)比較高的并行方案。通過(guò)比較FBM和MFBM計(jì)算的結(jié)果驗(yàn)證了FBM的快速、高效性。討論了不同風(fēng)速、入射頻率下FBM準(zhǔn)確性，其中風(fēng)速對(duì)計(jì)算的結(jié)果影響較小，而入射波的頻

4、率影響較大，當(dāng)頻率增加到一定值時(shí)其誤差是不能忽略的，通過(guò)減小采樣間隔，能有效提高FBM計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。介紹了實(shí)驗(yàn)測(cè)量低掠入射下PM海面二級(jí)海情S和Ku波段的后向散射的基本過(guò)程，將FBM數(shù)值計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。最后推導(dǎo)了在粗糙面兩端加載阻抗錐后積分方程的矩陣形式，使用阻抗加載技術(shù)，在平面波照射下，計(jì)算了 HH極化下導(dǎo)體和介質(zhì)平板、不同時(shí)期破碎浪后向散射截面，結(jié)果表明破碎浪能極大的增強(qiáng)HH極化后向散射，且隨著破碎浪的不斷演進(jìn)，其

5、增強(qiáng)效果越來(lái)越明顯。在海面與破碎浪的電磁散射研究中，使用GFBM、FBM進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明，相比VV極化，HH極化的散射更容易受粗糙面幾何結(jié)構(gòu)，電磁波入射頻率，入射角度等因素影響。在海面沒(méi)有浪涌存在時(shí)，后向散射HH極化遠(yuǎn)弱于VV極化，前向的散射占主要地位；海面存在浪涌后，浪涌頂尖和卷曲部分電流急劇增大，兩種極化的雙站散射明顯增強(qiáng)，HH極化尤為明顯；破碎浪的存在，還引起了其雙站散射出現(xiàn)不同尺度的角度起伏。在掠射角較小，破碎浪形成的后期