舰船尾流微气泡光偏振特性分析

用利光散射原理和Mie理论,建立舰船尾流光散射模型,并着重用线偏振光对气泡进行散射仿真,模拟线偏振光经过尾流气泡后,前向散射光与后向散射光的退偏效应的差异,进而提出一种尾流测量的新方法。文章计算了尾流中微小气泡在不同半径、入射光波长和不同散射角条件下光的退偏特性。结果表明,入射光通过尾流气泡散射后,散射光的偏振效应前向退偏程度比后向退偏程度更强,且不同波长入射光和不同直径气泡表现出不同偏振特征,表明对偏振光退偏效应进行探测携带信息量大、容易识别,这对用偏振光进行舰船尾流探测有着重要意义。     

船舰尾流单次散射反照率的理论计算

为研究激光在船舰尾流中传输时的散射效应,利用M ie散射理论对船舰尾流单次散射反照率进行了理论计算．结果表明：气泡半径小于0．6μm时单次散射反照率随半径的增大而增大,半径大于0．6μm时,单次散射反照率随气泡半径增大出现波动并且逐渐减小,直至趋于平稳;船舰尾流单次散射反照率随着折射率虚部和实部的增大而减小,波长在0．4～0．8μm之间时船舰尾流单次散射反照率随波长的增大而增大;船舰尾流单次散射反照率在中心区域和远场区域数值高于近场区域,随深度的增加而增加．     

舰船远场微气泡尾流的退偏特性

为研究船远场微气泡尾流对偏振光的消偏作用,采用偏振光传输的Monte Carlo模拟程序仿真了尾流气泡幕前向散射偏振度和穆勒矩阵元的二维分布模式,计算了入射光的偏振态、气泡幕的散射系数、气泡幕的厚度以及气泡平均粒径4个类型参量改变时尾流气泡幕前向散射的退偏特性.研究结果表明:尾流气泡幕前向散射偏振度随着入射光偏振态的变化存在不同的方位选择取向,相比于圆偏振光气泡幕对线偏振光有较强的退偏作用,尾流气泡幕退偏作用随着气泡幕厚度和散射系数的增加而增强,随着气泡幕平均粒径的增大偏振度的震荡增大并最终趋于平稳.     

模拟舰船尾流气泡的前向散射

为了系统的研究舰船尾流中气泡的激光前向散射特性,本文通过自行设计的试验系统模拟舰船尾流气泡.结合Mie散射理论和水下光散射特性,探讨了气泡幕激光前向散射特性.实验选用波长为632.8nm的激光,暗室内在不同介质以及不同气泡密度的条件下,测量了气泡幕的激光散射光照度.结果表明散射光照度主要分布在前向0°角附近,散射光与气泡的密度成反比,气泡密度低时外部光照对散射光影响更加明显.     

金属颗粒的光散射模拟

以Mie理论为基础,用数值计算方法分析了金属球型颗粒的光散射特性,给出了金属颗粒对平行入射光的散射强度函数和散射偏振度的数值计算方法。利用Matlab软件模拟得到了散射光强度函数和偏振度随散射角和尺度参量变化的三维图。模拟结果表明:偏振峰个数随尺度参量的增大而增多,偏振峰之间的距离随尺度参量的增大而缩小。这种变化趋势可以作为检测金属颗粒粒径的理论依据。     

尾流光学特性的数理模型及试验

建立了气泡幕中气泡随半径分布规律的数学物理模型，从单个气泡对激光散射的影响推导出了气泡幕对激光的散射效应的数学表达式，并利用所得到的表达式在实验室条件下进行了相关计算。在气泡幕对激光散射的影响中，对激光偏振化特性的影响进行了区别计算，结果表明，激光的两种偏振化状态对气泡幕散射的影响从粗糙结构来看没有明显差异，但其精细结构有所不同。另外对不扩束和扩束两个条件下的计算明确显示出，扩束条件下散射光的强度是不扩束条件下的二倍以上，但二者的精细结构并没有可见的差别。在不同航速下测量了真实尾流不同几何部位的激光透射特性，测量结果与理论计算结果粗略一致。从透射光的相对强度来分析实验结果，可以认为自然光的影响是一个次要因素。     

伪装涂层的偏振散射及其影响因素研究

利用多波段偏振CCD相机在光学与红外波段测试伪装涂层的偏振散射特征,并提取其中的偏振信息,研究了测试条件对涂层材料散射偏振度的影响.结果表明,测试过程中的光照条件与探测波段对涂层散射偏振度的影响很大.涂层对入射光的散射作用可以分为面散射和体散射两部分.面散射使偏振度增大而体散射具有消偏振的作用;光线垂直入射时,体散射起主要作用,涂层具有较小的偏振度;随着入射角的增大,面散射在散射光中的比例也逐渐增大,成为涂层偏振度的主要影响因素.研究发现在偏振遥感中利用合适的角度和波段进行探测对复杂背景中伪装目标的识别具有重要意义.     

LiNbO3:Fe晶体全息写入中的光感应光散射

研究了两种典型的光束几何配置下,ＬｉＮｂＯ３：Ｆｅ晶体的光感应光散射。实验表明,晶体散射图样的几何结构相同,强度分布和偏振状态不。在双光束作用下,以双光束为公共母线、以其交点为顶点形成四个散射光锥,各向异性散射出现在ｃ轴方向。入射光束偏振平面平行于光轴时比垂直于光轴时更易产生光感应光散射。讨论了光生伏打电流以及衍射效率所入射光的角度关系对光感应光散射空间分布和时间特性的影响。结果表明,光感应光散射     

双基地偏振雷达探测时小旋转椭球雨滴的侧向散射特性

从旋转椭球粒子散射理论出发,给出单个小旋转椭球雨滴在入射不同偏振波时的散射函数,并对其在不同仰角情况的数学图形和物理意义做了讨论,为推导基于椭球雨滴群的双基地偏振雷达方程、研究椭球雨滴群对双基地线偏振雷达探测能力的影响、处理和分析双基地偏振雷达资料,提供了理论依据.     

舰船尾流声散射和几何特征试验

为了研究舰船声尾流的散射特性和几何特征,采用水平窄波束和垂直多波束同时基测量方法,研制和设计了舰船声尾流的海上测试系统和测试方法,进行了海上测试,获取了舰船声尾流在水平方向和垂直方向的声散射图像,并首次获得了舰船声尾流的截面形状和立体图.研究和分析了不同舰船不同航速下尾流的声散射特性和几何特征,结果表明舰船尾流的体积散射强度小于-10 dB,最大深度为吃水深度的1.5～2倍,最大宽度为舰船宽度的7倍,比国外文献中利用光学测量的声尾流宽度要宽.最后从舰船声尾流声散射特性和几何特征中提取了舰船声尾流的10 min的持续时间.     

光学遥感探测尾流研究

本文对舰船航行产生尾流（伯努利水丘、表面波尾流、内波尾流、涡旋尾流）的生成机制进行探讨.研究了水中气泡上升的运动学规律和气泡群光散射特性.通过比较分析尾流在可见光、红外和微波等不同波段所表现的物理特征,并对可见光探测尾流、红外遥感探测尾流、合成孔径雷达探测尾流的发展进行探究,表明三种不同光学遥感探测尾流分别具有各自的优劣.研究合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）图像检测算法表明,Radon变换检测算法能增强尾流图像,Hough变换检测算法能从尾流图像中提取目标的位置、航速、航向等参数.合成孔径雷达探测尾流具有高分辨率、快速实时、全天候等显著优势,是目前最适合探测尾流的光学遥感.     

深粗糙度随机粗糙表面光散射特性数值研究

为了研究深粗糙度随机粗糙表面的光散射现象,采用线性滤波法生成高斯分布随机粗糙表面,利用矩量法推导了深粗糙度表面的散射光平均差分散射系数。通过数值计算波长为1.064 μm的S和P线偏振入射光照射下的多组良导体表面的平均差分散射系数,发现结果出现了后向增强峰值和朗伯散射现象。根据散射宽度分布、后向增强峰值、散射峰位置等特征,分析了入射角、表面粗糙度与散射分布之间的关系。结果表明,S和P线偏振入射光良导体表面散射场能量守恒特性不同。     

合成孔径雷达图像中舰船航迹表面速度场的分布与计算

本文描述了一种合成孔径雷达（ＳＡＲ）Ｋｅｌｖｉｎ航迹（舰船航迹）图像的数字仿真模型,根据模型对不同条件下 Ｋｅｌｖｉｎ航迹的表面速度场进行了数字仿真计算。计算结果较好地反映了航迹速度场的表面分布情况。     

基于Hough变换的SAR图像舰船尾迹检测方法

该文提出了一种基于Hough变换与K均值聚类检测舰船尾迹的算法。该方法通过归一化Hough变换求出原图像尾迹所在直线的平均能量值,由于原图中的尾迹往往并不规则,导致能量最大值并不是整条直线的最佳统计代表值,其周围会有一些能量次大的点出现,且形成一个由若干能量点组成的点集。该文引进了K均值聚类方法,将这些点集归类,归类后的每一类的类心能很好的代表一条尾迹,实验结果表明方法是有效的。     

300 GHz太赫兹波室内非视距散射特性研究

为分析室内建筑材料粗糙表面散射对太赫兹波的影响,采用射线跟踪法和基尔霍夫标量近似法,研究了300GHz非视距传播的散射特性,仿真分析不同的极化和粗糙参数对室内非视距传输中的散射传播影响。仿真结果表明,当粗糙参数不变时,水平极化波的接收性能比垂直极化波的性能好,随着粗糙度的增大,整个非视距区域的接收性能均提高。     

计算二维海面极化电磁散射的新方法

在基尔霍夫散射面元矩阵的基础上研究了一种计算二维模拟海面电磁极化散射的新方法,采用海面高度起伏矩阵以及x和y方向海面斜率矩阵描述二维海面,利用基尔霍夫近似推导出笛卡尔坐标系下椭圆极化入射时海面的散射场,得到了全极化雷达散射模型．仿真了不同条件下分形海面模型的全极化雷达后向散射截面及极化特征图,数值结果符合海面散射规律．由于该方法是对二维海面模型进行离散化分析,因此适用于多种海面模型．     

Underwater Distribution Field of Laser Through Wavy Surface of Water

Aimed at the properties of the absorption and the scattering of photons in the water, the process of sim-ulating by Monte Carlo method is analyzed. According to the slope distribution of wavy surface of water, the dis-tribution field of underwater laser is simulated, and some conclusions about the distribution field of laser through wavy surface in two different conditions are obtained. The characteristics of the distribution of laser in the seawa-ter at the same depth with different water qualities and in the seawater at different depths with the same water quality are computed. The results are significant to the design of airborne oceanic lidar.     

Three-dimensional scattering center modeling and a fast SAR simulation method for ship targets

The direct SAR imaging method has a low efficiency when used for realizing the target echo simulation and SAR imaging,which will meet,with difficulty,the requirement of rapid SAR generation in the closed-loop verification process of sea detection guidance.In this paper,we propose a SAR simulation method based on three-dimensional(3D) scatter centers.First of all,the 3D scattering centers of a ship target from different perspectives are obtained by the 3D fast imaging based on the ray tube integral and 3D scattering center extraction based on the CLEAN algorithm.Then,the target SAR echo data and image aggregation processing are quickly calculated to obtain the SAR complex image through the geometric modeling of SAR imaging from the corresponding perspective.The method makes comprehensive use of electromagnetic scattering center extraction and complete SAR processing flow,which can significantly improve the efficiency and flexibility of target imaging simulation under the condition of maintaining the electromagnetic calculation accuracy.The calculation accuracy,efficiency,and flexibility of the proposed method are verified by taking a typical ship target as an example.     

船舶尾流目标识别的随机梯度遗传算法研究

船舶尾流形貌包含着船舶类型、船舶吨位、船舶航速等方面的信息,对尾流目标的识别是船舶识别的一种有用途径.论述了随机梯度遗传算法的原理、特点及运算步骤,将该算法应用于船舶尾流目标的识别问题,对三个航速下船舶尾流目标的分类及识别.随机梯度遗传算法进化代数从5增加到10以及从10增加到15时,三个航速下的目标识别率按照接近20%的比例增加.而当进化代数从15增加到20及以上时,目标识别率增加缓慢,即进化代数达到15时,算法基本收敛.识别结果表明随机梯度遗传算法可用于船舶尾流目标的识别.标准遗传算法逼近全局最优值比较慢,有时会陷入局部最优,在全局最优值附近出现波动现象,算法收敛性较差.