指数型分布粗糙地面电磁散射的FDTD研究

朱小敏,任新成,郭立新

(1.西安电子科技大学 理学院,陕西 西安 710071;2.延安大学 物理与电子信息学院,陕西 延安 716000)

0 引言

近年来,随机粗糙表面电磁散射的理论和实验研究取得了一系列重要进展。该类问题的应用广泛,如微波遥感中地面目标分类、地面背景中目标检测及遥感数据判读等均受到地面散射特性的影响。随机粗糙面散射理论可分为近似解析方法与数值方法两大类。近似解析法根据粗糙表面的粗糙程度,采用不同的物理近似获得散射场或散射截面的近似解,实现较简单,但因采用了各种物理近似,故均有一定的适用范围。数值法中的FDTD首先由YEE于1966年提出,经40多年的发展已成为一种成熟的数值方法[1-9]。针对地面散射,文献[10]用辐射传输理论(RT)研究了道路系统体散射特性,用积分方程方法(IEM)分析了地面表面散射特性;文献[11]用基尔霍夫近似和几何光学方法计算了路面背景中目标的电磁散射特性;文献[12]用积分方程方法计算了指数型粗糙地面的后向散射系数;文献[13]用FDTD方法计算了地下目标的雷达散射截面。其中,文献[10、11]中道路系统均为水泥沥青路面,采用的方法为近似解析方法。文献[13]提出了在FDTD中强加入射源的一种新方法,但该法仅对分界面为平面时有效,对粗糙地面问题该加源方法存在较大困难。

本文基于指数型随机粗糙地面的模拟方法和土壤介电常数计算Wang-Schmugge模型,用FDTD对指数型分布粗糙地面电磁散射特性进行了研究,数值计算了指数型分布粗糙地面的双站散射系数,讨论了粗糙面高度起伏均方根、相关长度、土壤湿度和入射波波长对散射系数的影响。……