粗糙物體高斯波束散射及在激光一維距離成像中的應(yīng)用.pdf

1、粗糙物體高斯波束散射特性研究在國(guó)防軍事及民用領(lǐng)域具有顯著的學(xué)術(shù)價(jià)值和廣泛的應(yīng)用背景.本文較系統(tǒng)研究了高斯波束入射粗糙面及粗糙物體時(shí)的頻域和時(shí)域散射特性,討論了激光一維距離成像仿真中的若干問(wèn)題,其主要工作和成果如下:1.從粗糙面散射基爾霍夫標(biāo)量近似理論出發(fā),結(jié)合波束角譜展開法,推導(dǎo)出二維隨機(jī)粗糙介質(zhì)面高斯波束相干散射截面計(jì)算公式,并從理論上證明當(dāng)束腰半徑趨于無(wú)窮時(shí)波束散射結(jié)果可退化到平面波情況.數(shù)值分析了波束參數(shù)、粗糙面介電性質(zhì)和極化特性

2、對(duì)散射系數(shù)的影響.2.采用平面波譜展開法和物理光學(xué)近似,從理論上推導(dǎo)出傍軸高斯波束對(duì)任意形狀電大尺寸粗糙物體的相干與非相干雷達(dá)散射截面理論計(jì)算公式.計(jì)算并分析典型物體的波束散射特性,考察了波束參數(shù)、粗糙度及介質(zhì)電參數(shù)對(duì)激光雷達(dá)散射截面的影響.3.研究了脈沖平面波和脈沖波束對(duì)二維隨機(jī)粗糙介質(zhì)表面的散射特性.基于脈沖波時(shí)域散射基本理論及粗糙面散射基爾霍夫近似,獲得雙頻互相干函數(shù)及窄脈沖入射下的散射回波功率,分析表明粗糙面均方根高度是影響脈沖

3、平面波散射的主要因素;將高斯波束粗糙面散射的頻域結(jié)果推廣到時(shí)域,獲得了與平面波入射時(shí)相似的結(jié)果,并分析了束腰半徑變化對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響.4.根據(jù)Ishimaru脈沖波散射理論及波束粗糙物體頻域散射結(jié)果,推導(dǎo)出窄脈沖近似下的雙頻互相干函數(shù)和脈沖響應(yīng)解析表達(dá)式,其相干分量可以直接表示成頻域函數(shù)與頻差函數(shù)或時(shí)域傳輸函數(shù)的乘積,并分析了束腰半徑對(duì)雙頻互相干函數(shù)和脈沖響應(yīng)的影響.在假設(shè)物體運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)小于光速,且脈沖分辨單元小于物體尺寸的前提下,得到

4、運(yùn)動(dòng)物體的脈沖散射回波公式,該式表明窄脈沖照射下運(yùn)動(dòng)物體回波在時(shí)間軸上會(huì)產(chǎn)生平移,并伴隨脈沖展寬與壓縮效應(yīng).5.研究了粗糙物體波束散射在激光一維距離成像仿真中的應(yīng)用.根據(jù)脈沖波散射理論及任意形狀電大尺寸粗糙目標(biāo)高斯波束散射解,得到目標(biāo)激光后向散射回波功率即一維距離像計(jì)算表達(dá)式.在窄脈沖入射條件下,考慮工程實(shí)際應(yīng)用,獲得相應(yīng)的脈沖激光雷達(dá)方程.數(shù)值仿真計(jì)算了朗伯板、球、圓錐和坦克徑向一維距離像,分析了脈沖寬度、波束參數(shù)及目標(biāo)幾何形狀等因素