基于海面場景的SAR成像模擬及電磁散射特性研究.pdf

1、自1976年始，隨著芒德勃羅（Mandelbrot）一系列關(guān)于分形（Fractal）的著作出版，分形理論便引起了全球科學(xué)界的關(guān)注，并立即在很多科學(xué)領(lǐng)域體現(xiàn)出它的重大價值。分形理論在對自然界的復(fù)雜構(gòu)成機制描述與分析方面提供了簡便而實用的工具，從而得到了眾多行業(yè)的重視與應(yīng)用。
　　復(fù)雜粗糙海面場景的電磁散射研究向來是一個關(guān)注熱點，由于整體與局部具有自相似性，同時每一個局部都可以上升為相似性的整體，在粗糙海面的電磁散射研究中，分形理論自

2、然而然的被人們所采用。其對于海面電磁多路徑散射、海雜波的研究有一定的意義；同時還能對海浪、海流、內(nèi)波等海面物理現(xiàn)象進行一定的解釋；并在一定程度上推動了海面溢油、水面艦艇等海洋SAR監(jiān)測的發(fā)展與應(yīng)用。
　　近些年來，海洋科學(xué)家們開始將分形方法應(yīng)用于海面建模與海浪的波譜分析中。本文首先對當前的研究現(xiàn)狀與研究意義進行簡要分析，同時介紹了本文的結(jié)構(gòu)內(nèi)容與創(chuàng)新點。首先通過對合成孔徑雷達在海洋遙感應(yīng)用上的主要參數(shù)進行了簡要介紹，在此基礎(chǔ)上引入

3、對粗糙面散射進行分析的基爾霍夫近似方法，并使用穩(wěn)相法進行了幾何光學(xué)解的推導(dǎo)，進而根據(jù)麥克斯韋方程，通過對電磁波極化方式的分析，推導(dǎo)了極化橢圓方程，并對常用的極化方式進行了理論上的介紹。最后，應(yīng)用極化球、斯托克斯矩陣，針對散射目標的極化表征，討論了收發(fā)共置的單站散射矩陣與收發(fā)分置的雙站散射矩陣。
　　通過分別介紹海面的一維、二維分形模型，利用該模型，結(jié)合海面電磁Bragg散射模型、以及海浪成像過程中的速度聚束機制等理論模型，分別針對

4、單色波與復(fù)雜海面進行了成像模擬，并結(jié)合海洋波浪譜與合成孔徑雷達成像的特點，進行了統(tǒng)計分析，驗證了該海面模型在SAR成像處理上的有效性。
　　討論了星載SAR回波信號生成算法。首先給出了一種時域算法模擬來精確模擬目標SAR回波信號，該算法關(guān)于橢圓軌道下目標與雷達之間斜距的精確計算存在計算量過大的不足，不適合產(chǎn)生分布目標的回波信號。因此，又給出了一種頻域回波信號生成算法，該方法能夠在滿足一定條件下利用二維 FFT算法快速產(chǎn)生分布目標的