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1、 代号 分 类 号 学号 密级 代号 分 类 号 学号 密级 10701 TN011 公开公开 0805980007 题题（中、英文）（中、英文）目目FDTD 方法在粗糙地面及其与目标复合电磁散射中的应用方法在粗糙地面及其与目标复合电磁散射中的应用 Application of FDTD in EM-Scattering from the Rough Land Surface and Composite Scattering from the Rough Land Surface and the Target 作者姓名作者姓名朱小敏朱小敏指导教师姓名、 职务指导教师姓名、 职务郭立新 教授郭立
2、新 教授 学科门类学科门类 理理 学学 提交论文日期提交论文日期二一一年四月 学科、 专业 二一一年四月 学科、 专业无线电物理无线电物理 西安电子科技大学高校教师硕士研究生学位论文西安电子科技大学高校教师硕士研究生学位论文 FDTD 方法在粗糙地面及其与目标复合电磁 散射中的应用 方法在粗糙地面及其与目标复合电磁 散射中的应用 作者：朱小敏作者：朱小敏 导师：郭立新导师：郭立新 教授教授 学科：无线电物理学科：无线电物理 2011 年年 4 月 中国 西安 月 中国 西安 Application of FDTD in EM-Scattering from the Rough Land Sur
3、face and Composite Scattering from the Rough Land Surface and the Target A Dissertation Submitted to Xidian University in Candidacy for the Degree of Master of Science in Radio Physics By Zhu XiaoMin March 2011 Xian, P. R. China 西安电子科技大学西安电子科技大学 学位论文独创性（或创新型）声明学位论文独创性（或创新型）声明 秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所
4、呈交的论文是我个人在 导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标 注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说 明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。 本人签名：_ 日期：_ 西安电子科技大学西安电子科技大学 关于论文使用授权的说明关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属
5、西安电子科技大学。学校有权保 留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内 容，可以允许采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后 结合学位论文研究课题再撰写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。 （保密的论文在解密后遵守此规定） 本学位论文属于保密，在 年解密后适用本授权书。 本人签名： 日期：_ 导师签名：_ 日期：_ 摘 要 摘摘 要要 本文利用时域有限差分方法（Finite Difference Time Domain, FDTD）研究了粗 糙地面电磁散射特性及其与目标的复合散射特性。主要包括单层及分层随机粗糙 地面的电磁散射、单层及分层粗糙地
6、面与其上方矩形截面柱的复合电磁散射。论 文主要工作如下： 1、分别模拟了指数型和分形粗糙地面，引入 Wang 和 Schmugge 的四成分模 型、复合介质极化模型与介电常数计算模型，给出了水、雪、土壤以及路面结构 层材料的介电常数计算公式，讨论了不同土壤类型的介电常数随土壤湿度和入射 波频率变化的关系。 2、利用 FDTD 方法，结合 Wang 和 Schmugge 的四成分模型，计算了指数型 随机粗糙地面与一维带限 Weierstrass 分形粗糙地面的双站散射系数。详细讨论了 不同极化方式下高度起伏均方根、相关长度、分维数、尺度因子、土壤湿度、入 射波频率和入射角等参数对散射系数的影响。
7、 3、利用 FDTD 方法计算了指数型地面、一维带限 Weierstrass 分形地面与上方 无限长矩形截面柱的复合电磁散射系数，讨论了不同极化方式下粗糙面粗糙度参 数、土壤湿度以及目标大小、高度、倾角等参数对散射系数的影响。 4、给出了分层粗糙面散射的 FDTD 计算模型，利用 FDTD 方法计算了指数谱 分布与分形分布的雪层覆盖的粗糙地面的电磁散射系数，讨论了不同极化方式下 粗糙面高度起伏均方根、相关长度、分维数、土壤湿度、雪层类型、雪层厚度、 入射角等参数对散射系数的影响。 5、 给出了分层粗糙面与上方目标复合电磁散射的 FDTD 计算模型， 利用 FDTD 方法计算了指数谱分布和分形分
8、布的雪层覆盖的粗糙地面与上方无限长矩形截面 柱的复合电磁散射系数，讨论了不同极化方式下粗糙面粗糙度参数、土壤与雪层 参数以及目标大小、高度、倾角等参数对散射系数的影响。 关键词：粗糙地面 目标 电磁散射 复合散射 时域有限差分方法 关键词：粗糙地面 目标 电磁散射 复合散射 时域有限差分方法 Abstract Abstract In this paper, the electromagnetic (EM) scattering from rough land surface and composite scattering from rough land surface with the ta
9、rget is studied using the finite-difference time-domain (FDTD). The EM scattering from single-layer and layered random rough land surface, the composite scattering from rectangular cylinder above the single-layer and layered rough land surface are discussed. The main works are as follows: 1. Exponen
10、tial spectrum rough land surface and fractal rough land surface are simulated, respectively. By introducing the Wang and Schmugge four-component model, the polarization model of composite media, as well as the calculation model of dielectric constant, the dielectric constant calculation formulas of
11、water, snow, soil and the pavement layer materials are given; the dependence of the dielectric constant of different soil on the moisture capacity of soil and the frequency of incident wave is discussed. 2. Combined the Wang and Schmugge four-component model, the bistatic scattering coefficient of t
12、he exponential spectrum rough land surface and 1D band-limited Weierstrass fractal rough land surface is calculated by the FDTD. The influence of the root mean square, the correlation length of rough land surface, the fractal dimension, the scale factor, moisture capacity of soil, the frequency of i
13、ncident wave and the incident angle on the scattering coefficient is discussed in detail for different polarizations. 3. The composite scattering coefficient of exponential spectrum rough land surface and 1D band-limited Weierstrass fractal rough land surface with the infinitely long rectangular cyl
14、inder above it is calculated by the FDTD. The influence of the roughness parameters of rough land surface, the moisture capacity of soil, the target with different size, different height and different tilt angle on the scattering coefficient is discussed for both TE and TM polarizations. 4. The FDTD
15、 calculation model of scattering from layered rough surface is presentd, the scattering coefficient of the exponential spectrum and fractal rough land surface covered with snow is calculated using the FDTD. The influence of the root mean square and correlation length of rough land surface, the fractal dimension, the moisture capacity of soil, the type and depth of snow, and the incident angle on the scattering coefficient is discussed for both TE and TM polarization
