随机粗糙地面的宽带电磁散射研究-论文.pdf

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1、第32卷第8期河南科学VoI

2、32No．82014年8月HENANSCIENCEAug．2014文章编号：1004—3918(2014)08—1457—05DOI：10．13537~．issn．1004—3918．2014．08．019随机粗糙地面的宽带电磁散射研究朱小敏，任新成(延安大学物理与电子信息学院，陕西延安716000)摘要：利用指数型随机粗糙面模拟实际的粗糙地面，运用时域有限差分法研究了微分高斯脉冲波照射时粗糙地面的宽带电磁散射问题，得出了后向散射系数的频率响应曲线，计算了后向散射系数随粗糙地面高度起伏均方根、相关长

3、度、土壤湿度、入射角等参数的变化情况，并做了详细分析与讨论，得到了指数型粗糙地面的宽带电磁散射特性．关键词：时域有限差分法；宽带电磁散射；粗糙地面；后向散射系数中图分类号：TN011文献标识码：ATheBroadbandElectromagneticScatteringfromRandomRoughLandSurfaceZhuXiaomin，RenXincheng(SchoolofPhysicsandElectronicInformation，Yan’anUniversity，Yan’an716000，ShaanxiChina)

4、Abstract：Theactualroughlandsurfaceissimulatedwithmodelofexponentialtyperandomroughsurface，thewide——bandelectromagneticscatteringfromroughlandsurfaceunderGaussiandifferentialpulseirradiationisstudiedusingFDTD，andthecurveswithfrequencydistributionofbackscatteringeoe伍ci

5、entareobtained．Thebackscatteringcoeficientvaryingwiththeroot—mean—squareofheightfluctuation，thecorrelationlengthofroughlandsurface，themoisturecapacityofsoil，theangleofincidencewaveiscalculatedindetail．Thecharacteristicsofthewide—bandscatteringfromroughlandsurfacewith

6、exponentialtypedistributionareobtained．Keywords：FDTD；broadbandelectromagneticscattering；roughlandsurface；backscatteringcoeficient随机粗糙面电磁散射是电磁学领域的一个热门课题，其在雷达遥感、光学表面特性、无线电通信等领域有着广泛的应用．近年来，除基尔霍夫近似方法Ⅲ、微扰法、射线追踪方法口等近似解析方法外，矩量法、前后向迭代法口以及基于快速傅里叶变换的稀疏矩阵规范网格法、快速多极子方法等数值算法也被应用于

7、粗糙面电磁散射研究．目前针对单频电磁波入射情况下粗糙面电磁散射特性的研究较为深入，但对脉冲波入射时粗糙面的宽带或超宽带电磁散射特性研究开展较少．实际上，超宽带雷达作为一种能获得目标更多信息的新体制雷达，近年来取得了长足的发展．超宽带雷达在目标识别中，需要目标的宽带RCS以产生一维距离像和合成孔径雷达像∞．因此研究随机粗糙面的宽带或超宽带电磁散射特性具有重要的科学意义和显著的应用价值．传统频域数值算法(如MoM等)在分析粗糙面宽带RCS时，需在给定频段内逐频点计算，效率很低，尤其当宽带RCS随频率剧烈变化时，要获得准确的频率响应就

8、必须减小计算的频率间隔，这显然会大大增加CPU的占用时间．虽然近年来涌现出多种快速插值方法n“，但对于RCS随频率剧烈变化情形，准确应用插值方法获得宽带RCS仍然非常困难．时域有限差分法(FDTD)作为时域数值方法，在分析粗糙面宽带电磁散射特性方面具有独特的优越性．本文用指数型随机粗糙面模拟实际粗糙地面，利用FDTD方法对实际粗糙收稿日期：2014—0卜l1基金项目：国家自然科学基金项目(61379026)；延安市科技计划项目(2012kg一10)；榆林市科技计划项目(2011exy一01)作者简介：朱小敏(1975一)，男，陕

9、西黄陵人，讲师，硕士，主要从事复杂介质中电磁(光)波传播与散射研究．——1458——河南科学第32卷第8期地面进行了时域散射研究，在得到粗糙地面时域散射场后，通过傅里叶变换获得了归一化雷达散射截面(NRCS)随频率的响应曲线．经过对相关计算数据的分析得到了一些结