分形海面的微波电磁散射计算模型

合集下载

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。

一维分形海面的电磁散射系数分析

摘要：于一维带限ｗｅｒｒｓ分形函数模拟了几种海面形态，论了影响海面形态的分形函基ｉｓａｓｅｔ讨数的参数，采用基尔霍夫近似方法，模拟海面的电磁散射系数进行了计算仿真，分析了并对并海面的粗糙度对散射系数的影响，电波在近海面的传播研究及应用有一定意义。对关键词：分形；尔霍夫近似；基散射系数中图分类号：４１６０４．文献标识码：Ａ文章编号：６１６３２０）４— ４８— ３１７ —０７（０８００９０
陈勇，德亭，侯张超李永鹏，
（．１信息工程大学理学院，南郑州４０Ｏ；．６８Ｏ部队，南洛阳４ｌ０河５０１２３８河７０３３信息工程大学信息工程学院，南郑州４０Ｏ）．河５０２
（．ｎｔｕｅ０ｃｎｅＩｆｍｔｎＥｇｅｒｇｕｉｒｔ，ｈｎｚ０５０，ｈｎ；１Ｉｓｔｔｆｉｃ，ｎ０ａｉｎｉｅｉｎｖｓｙｚｅｇｈｕ４ｏ叭Ｃｉｉｓｅｒｏｎｎｅｉａ
２．Ｕｎｉ６３０，Ｌｕｙｎ７１０ｔ８８ｏａｇ４０３，Ｃｈｉａ；ｎ
３Ｉｓｔｔｆｎ０ｍａｉｎＥｇｎｅｉｇｎ０ｍａｉｎＥｇｎｅｉｇＵｎｖｒｉ，Ｚｅｇｈｕ４ＯＯＣｈｎ）．ｎｔｕｅｏｆｒｔｎｉｅｒ，ＩｆｒｔｎｉｅｒｉｅｓｔｉＩｏｎｏｎｙｈｎｚ０５Ｏ２，ｉａ

改进的分形海面电磁散射的矩量法研究

ＴＩＡＮＷｅｉ
（ＣｏＨｅｇｅｏｆＰｈｙｓｉｃｓａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，Ｙａｎ ’ ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙａｎ ’ ａｌｌ７１６０００，ＳｈａｎｘｉＰｒｏｖｉｎｃｅ，Ｃｈｉｎａ）
摘
要：采用改进的一维分形模型模拟实际的粗糙海面，运用矩量法研究了锥特性。通过数值计算得到了散射系数随散射角的变化曲线，讨论了海面
风速、分维数、入射波频率对散射系数的影响，得到了一雏改进的分形海面散射系数与粗糙面
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎｉｍｐｒｏｖｅｄｆｒａｃｔａｌｍｏｄｅｌｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｆｏｒｄｅｓｃｉｂｒｉｎｇｔｈｅｐｒａｃｔｉｃａｌｒｏｕｇｈｓｅａｓｕｒｆａｃｅ．Ｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓｃａｔｔｅｉｎｒｇｒｏｆｍ１Ｄｉｍｐｒｏｖｅｄｆｒａｃｔａｌｓｅａｓｕｒｆａｃｅｉｓｓｔｕｄｉｅｄｂｙｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｍｏｍｅｎｔ．Ｔｈｅｃｕｒｖｅｓｏｆｔｈｅｓｃａｔｔｅｒｉｎｇｃｏｅｆｉｃｉｅｎｔｃｈａｎｇｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅｓｃａｔｔｅｉｎｇｒａｎｇｌｅａｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃｌａｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｉｎｌｕｆｅｎｃｅｏｆｈｅｔｗｉｎｄｓｐｅｅｄ，ｔｈｅｆｒａｃｔｌａｄｉｍｅｎｓｉｏｎ，ｔｈｅｒｅｆｑｕｅｎｃｙｏｆｈｅｔｉｎｃｉｄｅｎｔｗａｖｅｏｎｔｈｅｓｃａｔｔｅｉｎｒｇｃｏｅｉｃｆｉｅｎｔｉｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ａｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｈｅｔｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｏｕｒｇｈｓｕｒｆａｃｅａｎｄｔｈｅｉｎｃｉｄｅｎｔｗａｖｅａｎｄｈｅｔｉｍｐｏｖｒｅｄｆｒａｃｔａｌｓｅａｓｕｆａｒｃｅｓｃａｔｔｅｒｉｎｇｃｏｅｉｃｆｉｅｎｔｉｓｏｂｍｉｎｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｈｅｔｗｉｎｄｓｐｅｅｄａｎｄｒｅｆｑｕｅｎｃｙｏｆｉｎｃｉｄｅｎｔｗａｖｅｈａｖｅｇｒｅａｔｉｎｌｆｕｅｎｃｅｏｎｈｅｔｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｃａｔｔｅｉｎｒｇｃｏｅｉｃｆｉｅｎｔｗｈｉｌｅｈｅｔｌｅｓｓｉｌｕｆｎｅｎｃｅｉｓｆｒｏｍｈｅｔｆｒａｃｔａｌｄｉｍｅｎｓｉｏｎ．

一维带限Weierstrass分形海面电磁散射的矩量法研究

一维带限Weierstrass分形海面电磁散射的矩量法研究田炜;郝伟杰【摘要】采用一维带限Weierstrass分形函数来模拟实际的分形海面,依据海水的介电特性,运用矩量法研究了锥形波入射一维带限Weierstrass分形海面的电磁散射特性.通过数值计算得到了散射系数随散射角的变化曲线,讨论了风速、分维、海水盐含量、入射波频率对散射系数的影响,得到了一维带限Weierstrass分形海面散射系数的基本特征、分形特征和随频率变化特征.结果表明,风速、分维和入射波频率对散射系数有显著影响,而海水盐含量对散射系数的影响较小.%A 1D band-limited weierstrass fractal function is used to simulate the practical fractal sea surface. Based on the brine dielectric properties , the electromagnetic scattering from 1D band-limited weierstrass fractal rough sea surface with the tapered wave incidence is studied using the method of moment. The curves of electromagnetic scattering coefficient with scattering angle are obtained by numerical calculation. The effects of the wind speed, the fractal dimension, the salt content of sea and the frequency of the incident wave on the scattering coefficient are discussed. The basic characteristics, the fractal characteristics and the characteristics with varying of frequency of scattering coefficient from 1D band-limited Weierstrass fractal rough sea surface are also obtained. The results show that the effect of the wind speed, the fractal dimension and the frequency of the incident wave on the scattering coefficient of the rough surface is obvious while the influence of the salt content in sea is smaller.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2011(000)026【总页数】5页(P6319-6322,6328)【关键词】电磁散射;一维带限Weierstrass分形海面;共轭梯度法;矩量法;散射系数【作者】田炜;郝伟杰【作者单位】延安大学物理与电子信息学院延安716000;中国电信延安分公司延安716000【正文语种】中文【中图分类】TN011.4近几十年来，粗糙面散射一直是一个十分活跃、有着大量实际应用、且为许多学科领域共同研究的热门课题［1—5］。

一维带限Weierstrass分形海面电磁散射的矩量法研究

第１卷１
第２６期
２１０１年９月
科
学
技
术
与
工
程
Ｖｏ．１Ｎｏ２Ｓｅ２１１１．６ｐ．０１
ｌ７ — １１（０１２ — ３９０６１８５２１）６６１ —５
ＳｉｎｃｃｏｏｙａｇｎｅｉｇｃｅｅＴｅｈｎｌｇｎｄＥｎｉｅｒｎ
究的热门课题＿ｊｌ。如海面通信会受到海面粗糙度
的影响，无线海洋学中，过雷达接收到海杂波在通来探测海浪特性；红外、见光遥感中，可利用目标表面对光波的散射获得数据以识别目标形态和特征；再如对人体组织的超声波散射，糙金属表面的光粗
摘
要
采用一维带限Ｗｅｅｓａｓｉｔｓ分形函数来模拟实际的分形海面，ｒｒ依据海水的介电特性，运用矩量法研究了锥形波入射一
维带限Ｗｅｅｔｓ分形海面的电磁散射特性。通过数值计算得到了散射系数随散射角的变化曲线，ｉｒｒｓｓａ讨论了风速、维、分海水盐含量、入射波频率对散射系数的影响，得到了一维带限Ｗｅｅｓａｓ形海面散射系数的基本特征、ｉｔｓ分ｒｒ分形特征和随频率变化特征。结果表明，风速、维和入射波频率对散射系数有显著影响，分而海水盐含量对散射系数的影响较小。关键词电磁散射一维带限Ｗｅｅｓａｓｉｔｓ分形海面ｒｒ共轭梯度法矩量法散射系数

海面风速微波散射测量与分析

海面风速微波散射测量与分析
逄爱梅
（家海洋局第国
７元福，Ｊ、
青岛２６６１６０１
海洋研究所
提要
为了深入研究海面风的微波散射特性，用海洋石油平台和飞机作为仪器的工作平利
台，海面微波散射特生进行了测量．应用统计分析方法，测量数据作处理分析．结果表对并对
维普资讯
第３卷第ｌ３期
２００２年１月
海洋与湖沼
ＯＣＥＡＮＯ１ＯＧＩＡＥＬＩＮＯＬＯＧＩＦＭＡＳＩＣＡＮＩ
Ｖｏｌ３３，Ｎｏ．１
Ｊｎａ
，２００２
２ｏ世纪６０年代初，国海军实验室（美ＮＲＬ）用多额雷达在飞机和地面上做了多次利
实验，立了海面杂波与海况和海面风速之间的定量函数关系（ｉａｄｅ建Ｇｕｎｒｌ，９１，ｌ７；
推广应用到了非高斯随机表面（含海面的功率谱和二阶谱）在水平极化和垂直极化方包．面，测结果与实验结果吻台１９观６年８月１９６日美国发射了载有高性能散射计（ＡＴ）ＮＣ的地球观测卫星，９９年叉发射一颗载有散射计的卫星．行海面微波散射特性遥感测１９进

大入射角情况下海面包含二面角反射器碎浪模型的电磁散射分析

大入射角情况下海面包含二面角反射器碎浪模型的电磁散射分析罗根【摘要】根据高分辨率雷达实测数据,在大入射角情况下,海面后向散射往往会出现强散射和大多普勒频移的现象,这些现象被认为是由波浪破碎引起的.在楔结构的基础上,本文提出了一个二面角反射器碎浪模型.运用物理光学法,对该模型进行电磁散射分析,结果表明,该模型可以体现水平极化的后向散射增强和高极化比现象.通过运用斜率判据,可以获得类似于真实海面情况的破碎点分布.结合双尺度方法,计算了包含碎浪模型的海面后向散射系数,结果表明该模型能够增强HH极化的散射强度,使其更符合实测数据,而对VV极化修正效果不明显.同时,考虑Bragg相速度,面元轨道运动和风驱漂流速度,计算了包含碎浪的海面多普勒谱,得到的结果也在也有很大的提高.%A ccording to the high-resolution radar data, backscattering scattering of sea surfaces may give rise to phenomena of strong scattering and large Doppler offsets for HH polarization at large incident angles, which are usually considered to be caused by breaking waves.A new Dihedral Corner reflector model based on the Wedge of Lyzenga for breaking wave at LGA is proposed in this paper.Analyzed by the method of Physical Optics, this model can indicate the backscattering enhancement for HH component and the increment of polarization ratios.By using the slope criterion, the breaking points distribution which is similar with the real situation on the sea surface is obtained.The backscattering coefficients of sea surface wi th breaking wave are calculated by the two-scale method (TSM).The results indicate the breaking wave model can enhance theintensity of HH polarization, which is more agreeable with experimental data.For VV polarization, the revision from the breaking wave is not very obvious.At the same time, considering the Bragg phase velocity, orbital motion of facets and wind drift, the Doppler Spectrum of sea surface with breaking wave is simulated and a good improvement is obtained.【期刊名称】《江西科技师范大学学报》【年(卷),期】2018(000)006【总页数】7页(P89-95)【关键词】电磁散射;碎浪;二面角反射器【作者】罗根【作者单位】江西科技师范大学光电子与通信重点实验室,江西南昌 330038【正文语种】中文【中图分类】O451一、引言一直以来，科学家都在致力于海面电磁散射的研究，很多电磁散射方法也被提出来。

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复杂海背景与目标的复合电磁散射的理论建模一直是电磁场与微波技术领域中的难点和研究重点之一。

当目标和粗糙面共同存在于电磁波的作用范围内时,不仅需要考虑来自粗糙面和目标的散射,还要考虑它们之间的相互耦合作用。

然而,粗糙表面的随机性、目标复杂的精细结构以及它们的电大尺寸性,使得它们之间的耦合散射机理变得更为复杂。

此外,粗糙面与目标的复合散射更多地关注粗糙面上目标的特征电磁信息,以便于有效地对目标进行探测和识别,而粗糙面形成的随机回波,恰恰成为了必须剔除的干扰杂波。

鉴于环境与目标复合散射的重要意义和应用前景,本论文系统地研究了海面及其与电大舰船目标的复合电磁散射的建模方法问题,主要工作和研究成果如下:传统的海面散射模型主要以海面为研究对象,给出其总回波的雷达散射系数,这些模型往往无法给出海面单元散射场的空间信息,因而很难应用于海上目标复合散射建模中。

针对海上电大尺寸舰船目标复合散射的应用需求,本论文基于散射贡献面元化和简化毛细波表示的思想,建立了优化的海面面元散射场模型(RFSFM)。

该模型首先根据海面面元对应的局部入射角将散射区域划分为镜向散射区和漫散射区,然后采用毛细波修正面元散射模型(CWMFSM)计算处在漫散射区面元的散射场,采用基尔霍夫近似方法计算处在镜像散射区面元的散射场,这样就消除了毛细波修正面元散射模型对截断波数的依赖性,从而更加适合计算海面的散射贡献。

从海水的介电常数模型出发,推导了海水介电常数的缩比条件,虽然理论上能够得到一组温度和盐度,使得缩比模型与原型海水的介电常数在各自入射频率下相等,但是这样一组温度和盐度在实验室基本上是达不到的。

为此,本论文分析了在实验室内用淡水替代海水进行缩比测量的可行性和所引入的误差,通过比较缩比模型和原型之间的单双站散射系数、散射场幅度的空间分布、杂波序列和多普勒谱,验证了所推导的海面几何缩比条件和在实验室内用淡水替代海水的可行性。

二维改进分形海面电磁散射分形规律分析

Ｗｅｉｅｒｓｔｒａｓｓ分形模型相结合的二维海面模型，确定了表面功率谱和方向分布函数的闭式解进行了表面功率谱和有关文献的数据的对比。在满足Ｋｉｒｃｈｈｏｆ近似的条件下推导该模型电磁散射系数的闭式解，计算了散射系数随时间变化的实部和虚部的Ｈｕｍｔ指数，进而求得其分形维数。从数值仿真结果可知表面功率谱和ＰＭ谱都拟合的很好，验证了模型的有效性。散射信号保持着分形海表面的一些分形特性，并且其分形维数为海表面的分形维数减１，这为海面目标检测提供了新的评估。关键词
陈瑜林涛。胡云安王宏伟４００１）
（海军航空工程学院控制工程系山东烟台２６４００１）
摘要
针对分形海面模型的功率谱在空间波数小于基波波数时不能满足正幂律的问题，提出一种统计模型和归一化带限
中图分类号
分形模型统计模型电磁散射分形维数
ＴＰ３文献标识码ＡＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－３８６ｘ．２０１３．１１．０６９
ＡＮＡＬＹＳＩＳ０ＮＦＲＡＣＴＡＬＲＵＬＥＳｏＦＥＬＥＣＴＲｏＭＡＧＮＥＴＩＣＳＣＡＴＴＥＲＩＮＧＦＲｏＭＩＭＰＲｏＶＥＤ２．ＤＦＲＡＣＴＡＬＳＥＡＳＵＲＦＡＣＥ
第３０卷第１１期
２０１３年１１月
计算机应用与软件
ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓａｎｄＳｏｆｔｗａｒｅ

使用波束分解算法分析海洋表面电磁散射

海洋表面电磁散射特性研究是海洋微波遥感应用的基础，通过散射系数或散射矩阵的测量，可以反推海面的风场信息、海面污染或海水盐份，判断海面
是否具有舰船目标等。粗糙面散射的近似理论包括
・收稿日期：２００４—０３一０１．
基金项目：国家自然科学基金资助项目（６０１７１００１）
３２５
万方数据
３２６
电
波科学
学报
：＝１些＝圭；＝兰ｒ［＾《ｔ）∥／（砖一哆）３丌ｚｂ，棚研棚飘。
的解。
ｂ）７１（
ｅ－Ｊ（ｋＸ＋ｔＯＹ）
””
因为一个宽入射波束可以用许多窄波束来合．∥通过移动加权方式合成得到；所以可通过求解
成，根据Ｍａｘｗｅｌｌ方程的线性特点，表面等效电流也可以按相同的方式进行合成，比如一系列小波束散射问题，获得一个大波束照射问题
ｔｉｐｏｌｅＭｅｔｈｏｄ）也是一种比较有效的方法［５］，阻抗近
即一去Ｌ－［Ｊ”］＋Ｋ・［．，。］，
７０
似方法ｒ印是专门用来求解高导电媒质粗糙面散射的，因此对海水的微波散射分析应该是适用的。波束分解算法原先称为波束模拟方法，首先是由Ｓａｉｌｌａｒｄ等提出来的［７］，文献［８３用这种方法分析了一维表面的散射问题，国内也有相关的研究报道【９］。本文将波束分解算法方法推广到二维海洋粗糙表面的散射，并且采用单积分方程公式和并行计算平台。这种算法是把一个大锥形波束分解成许多小锥形波束的叠加，每一个小波束照射到被分析表面的一部分，大波束照射到大表面其散射结果可以通过这些小波束的散射结果进行相干合成而得到。
印（ｚ，ｙ，２）一窭∑－－－ｙⅣ，Ｊ∥（ｚ—ｍＡＸ，
ｙ一”△ｙ，ｚ）（１８）
３数值结果
首先分析波束分解本身的精度问题。定义一个相对误差模：

基于P-M谱的二维各向异性分层海面电磁散射研究

基于P-M谱的二维各向异性分层海面电磁散射研究任新成【摘要】为了得到基于P-M谱的二维各向异性分层海面电磁散射特性,以便为海洋遥感、海上目标检测与识别等领域的应用提供理论依据,采用微扰法研究了平面波入射分层介质粗糙面的电磁散射特性,结合海面P-M谱推导出了平面波入射时的散射系数计算公式,通过数值计算获得了HH极化下中间介质的介电常数和厚度、摩擦风速、风区范围、观察方向与逆风方向之间夹角和入射波频率对双站散射系数的影响,得到了分层海面电磁散射系数的基本特征、分区特征和随频率变化的特征.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2010(033)023【总页数】6页(P1-5,9)【关键词】电磁散射;微扰法;P-M谱;分层海面;双站散射系数【作者】任新成【作者单位】延安大学,物理与电子信息学院,陕西,延安,716000【正文语种】中文【中图分类】TN011-340 引言地球表面约70%的面积被海洋所覆盖，因此近些年来，海洋的战略地位倍受各国关注。

鉴于在海洋遥感、海上目标检测与识别等领域的广泛应用，很多学者一直致力于海面电磁散射的研究，使其在实验测量及计算机模拟方面都得到了较快的发展[1-7]。

通过实际测量得到海面散射数据要消耗大量人力和物力，同时海态参数也要受到实际海况的限制，因此在粗糙面电磁散射理论的基础上，借助计算机来得到回波的模拟数据就成为人们研究海面电磁散射特征的一种重要手段。

在海面电磁散射的模拟过程中，首先要建立合适的海面模型，其次需提出有效的计算方法。

在过去的海面电磁散射的研究中，海面大多是由空气和海水两种介质构成的分界面，而实际的海面在许多情况下是其上方有漂浮物，比如海面上方漂浮着原油或浮冰。

本文研究了海面上方有漂浮物的二维各向异性分层海面的电磁散射，在运用微扰法推出电磁波入射分层介质粗糙面散射系数公式的基础上，基于海面的P-M谱推导出二维各向异性分层海面电磁散射的散射系数计算公式，通过数值计算得到HH极化情形下双站散射系数随散射角变化的曲线，讨论中间介质的介电常数和厚度、摩擦风速、观察方向与逆风方向之间夹角，以及入射波频率对双站散射系数的影响。

二维改进分形海面模型及海谱分析

kn= k0bn 。角频率 ωn 与波数 kn 满足色散关系为
3 n gkn s kn / ，τs 为海面表面张力，ρ 为海水
密度。vx 和 vy 为遥感平台延在 x 轴和 y 轴的速度分量，当传感器观察的时间很短时， βn(t)和 Фn 可看为常量，两者相互独立，Фn 是[−π, π]上均匀分布的随机相位。令海浪的运动方向角 βn 的均值为 0 ，
2
改进二维分形海面模型
经典的带限 Weierstrass 分形模型可表示为[22]
f x, y, t b
N f 1 n0 D 3 n

sin k0 b n x vx t cos n t y v y t sin n t n t n
经典分形粗糙海面的功率谱为负幂率谱，正好对应于实际海谱中的一段，并不能反映真实海面的功率谱。在以往的海浪模拟中都涉及到海浪谱的选择，而这些谱大多是根据大量实验数据，在半经验、半理论的基础上运用数学分析方法得到的。目前在国际上应用比较广泛的有 PiersonMoscowitz 谱 (PM 谱 )[17]和 JONSWAP 谱 [18]，而在我国海域一般应用“海港水文规范”所依据的文圣常谱 [19]。 PM 谱、JONSWAP 谱和文圣常谱中都有一个峰值，其对应的波数为 km，风速越大，km 越小，这表明海表面受 2 种波共同影响,当 k＜km 时，表面长重力波起主要作用，功率谱满足正幂率谱，而当 k>km 时，短重力波及张力波起主要作用，功率谱满足负幂率谱，这就启发笔者应用下面改进的二维分形模型来模拟实际海面，它表示为
Two-dimensional improved fractal model of the sea surface and sea spectrum evaluation

海面散射仿真中不同波浪谱和松弛率模型选取的对比研究

第32卷第2期电子与信息学报Vol.32No.2 2010年2月 Journal of Electronics & Information Technology Feb. 2010海面散射仿真中不同波浪谱和松弛率模型选取的对比研究王小青余颖陈永强朱敏慧(中国科学院电子学研究所微波成像国家重点实验室北京 100190)摘要：海面微波散射仿真对于实孔径、合成孔径雷达海洋遥感应用研究以及海洋监测雷达系统设计和信号处理都有很重要的意义，目前的海面散射仿真方法主要是基于复合表面模型来进行的，这些仿真方法都要用到海浪谱和松弛率模型。

由于海浪谱、松弛率尤其是小尺度部分难以精确测量，不同的实验和拟合方法得到的模型有较大的差别，从而导致仿真海面散射结果往往相差较大，常常让人不知如何选取。

该文比较了几种典型的海浪谱和松弛率模型的海面散射仿真结果与实测数据的差异，结果表明Romeiser提出的波浪谱在L-Ku波段，2-20 m/s风速范围内较其他波浪谱更好。

而两种主要的松弛率模型的仿真结果差异不大。

该结果可作为海面散射仿真中选取波浪谱和松弛率模型的参考。

关键词：海面散射；波浪谱；松弛率中图分类号：TN959.72 文献标识码：A 文章编号：1009-5896(2010)02-0476-05 DOI: 10.3724/SP.J.1146.2008.01819The Selection of the Spectrum and Relax Rate Model inthe Ocean Backscatter SimulationWang Xiao-qing Yu Ying Chen Yong-qiang Zhu Min-hui(Nat. Key Lab of Microwave Imaging Tech., Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China)Abstract: The ocean backscatter simulation is an important work for the ocean radar remote sensing application research and the design of the radar system for the ocean surveillance. Most of the ocean backscatter simulation models are based on the composite surface model, which involves the ocean wave spectrum and relax rate model.The numerous ocean spectrum and relax rate models are quite different from each other due to the different experimental and data fix methods. The different ocean spectrum and relax rate often lead to different ocean backscatter simulation results. In this paper, some typical ocean spectrum and relax rate models are used for the backscatter simulation and the results are compared with the experimental ocean scattering data. The comparison shows that the Romeiser spectrum model is better than other ocean spectrum models under the L-Ku band and 2-20m/s wind velocity, and the simulation results using different relax rate models are almost equivalent.Key words:Ocean backscatter; Wave spectrum; Relax rate1引言海面微波散射仿真对于实孔径、合成孔径雷达海洋遥感应用研究以及海洋监测雷达系统设计和信号处理都有很重要的意义。