[0015] 為了研宄高斯波束的分布特性，利用旁軸近似得到波束在不同方向分量表達(dá)式， 基于上述分析，可近似認(rèn)為高斯波束在傳播過(guò)程中始終是橫向極化的，忽略波束場(chǎng)沿軸向 的分量，并對(duì)波束進(jìn)行平面波譜的展開(kāi)，展開(kāi)為各個(gè)平面波的疊加，波束平面波展開(kāi)公式如 下.
高斯波束散射示意圖見(jiàn)圖2。
[0016] 步驟3,利用疊加法并行模擬不同海情大尺度粗糙海面，根據(jù)Bragg波長(zhǎng)對(duì)粗糙海 面進(jìn)行分區(qū)，并利用Z-Buffer方法對(duì)海面進(jìn)行并行遮擋判斷。
[0017] 疊加法模擬粗糙海面公式如下： %?=! /=*
其中，參)為二維海面功率譜，氣，分別為波束，圓頻率和方向角。 在0~范圍上服從均勻分布，在深海區(qū)，&與％服從關(guān)系q2 =g+A。
[0018] 布拉格波長(zhǎng)滿足的條件公式如下：
其中，彳\表不布拉格波長(zhǎng)，>1入射波波長(zhǎng)，0表不入射角。
[0019] 利用布拉格波長(zhǎng)將海面分成不同區(qū)域，利用CUDA技術(shù)進(jìn)行并行海面模擬，對(duì)于不 同區(qū)域針對(duì)不同的散射特性，在小于截?cái)囝l率范圍內(nèi)，重力波的鏡面反射起主要作用，在大 于截?cái)嗖〝?shù)范圍內(nèi)，Bragg散射機(jī)理起主要作用，利用不同的計(jì)算方法，求得整個(gè)區(qū)域的散 射幅度。確定每一個(gè)波束在海面上的局部照射區(qū)域，并對(duì)面元進(jìn)行遮擋判斷，完成散射場(chǎng)計(jì) 算前的預(yù)處理過(guò)程(屬于常規(guī)技術(shù))。
[0020] 步驟4,獲得截?cái)囝l率&，利用面元雙尺度及場(chǎng)的矢量疊加原理求得高斯波束照 射下多尺度粗糙海面后向散射場(chǎng)。
[0021] 粗糙海面大尺度重力波與小尺度張力波截?cái)囝l率灸滿足條件為：
C 其中，Sd碘)為二維功率譜，厶為小尺度波高起伏的均方差，<2為大尺度坡度 的均方差。
[0022] 將面元雙尺度法計(jì)算的每個(gè)區(qū)域的散射場(chǎng)疊加得到總散射場(chǎng)。
[0023] 步驟5,對(duì)于海面每個(gè)子區(qū)域的模擬都是獨(dú)立進(jìn)行，利用GPU及CUDA并行技術(shù)，對(duì) 每個(gè)子區(qū)域的模擬進(jìn)行并行處理，提高效率，針對(duì)每個(gè)子區(qū)域多尺度粗糙海面的電磁散射 計(jì)算，采取并行計(jì)算各個(gè)區(qū)域的電場(chǎng)，結(jié)合場(chǎng)的矢量疊加原理求得總場(chǎng)，提高計(jì)算效率。
[0024] 本發(fā)明不局限于上述具體的實(shí)施方式，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員從上述構(gòu)思出發(fā)， 不經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性的勞動(dòng)，所作出的種種變換，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于高斯雷達(dá)波束照射下多尺度電大區(qū)域粗糙海面后向雷達(dá)回波特性分區(qū)并 行計(jì)算方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 確定高斯波束坐標(biāo)系、多尺度粗糙海面坐標(biāo)系及兩者間的變換關(guān)系； (2) 給出雷達(dá)高斯波束的傍軸近似，并對(duì)其進(jìn)行平面波譜展開(kāi)； (3) 利用疊加法模擬不同海情大尺度粗糙海面，根據(jù)Bragg波長(zhǎng)對(duì)粗糙海面進(jìn)行分區(qū)， 并利用Z-Buffer方法進(jìn)行面元遮擋判斷； (4) 基于入射頻率與風(fēng)速求得截?cái)囝l率瓦，利用面元雙尺度及場(chǎng)的矢量疊加原理求得 高斯波束照射下多尺度粗糙海面后向散射場(chǎng)； (5) 為了提高效率，利用GPU及CUDA對(duì)海面進(jìn)行并行模擬及針對(duì)各個(gè)分區(qū)進(jìn)行并行計(jì) 算，結(jié)合電場(chǎng)矢量疊加原理求解總的散射系數(shù)，提高計(jì)算效率。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高斯波束照射下多尺度分區(qū)粗糙海面后向雷達(dá)回波特 性并行計(jì)算方法，其特征在于，步驟（2)中給出雷達(dá)高斯波束的傍軸近似，并對(duì)其進(jìn)行平面 波譜展開(kāi)：其中，坐標(biāo)系基于波束坐標(biāo)系，忽略時(shí)間因子Wq為；=〇處的束腰 半徑，為展開(kāi)各個(gè)平 面波復(fù)振幅；以上為水平極化，利用高斯波束在X..于V，.方向?qū)ΨQ性可得到垂直極化。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高斯波束照射下多尺度分區(qū)粗糙海面后向雷達(dá)回波特 性并行計(jì)算方法，其特征在于，所述的步驟（3)利用疊加法模擬不同海情大尺度粗糙海面， 根據(jù)Bragg波長(zhǎng)對(duì)大尺度粗糙海面進(jìn)行分區(qū)，并利用Z-Buffer方法進(jìn)行面元遮擋判斷； 大區(qū)域海面不同區(qū)域?qū)?yīng)不同散射機(jī)理，大尺度重力波對(duì)應(yīng)小角度鏡面反射，小尺度 張力波對(duì)應(yīng)布拉格散射；隨著海情增大，出現(xiàn)泡沫覆蓋區(qū)域，出現(xiàn)粒子與粗糙面耦合散射機(jī) 理；因此需將海面分區(qū)進(jìn)行計(jì)算；這里提出根據(jù)布拉格波長(zhǎng)進(jìn)行分區(qū)：其中，1表示布拉格波的波長(zhǎng)，；[為電磁波入射波波長(zhǎng)；利用Z-Buffer消隱算法計(jì) 算遮蔽函數(shù)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高斯波束照射下多尺度分區(qū)粗糙海面后向雷達(dá)回波特 性并行計(jì)算方法，其特征在于，將步驟（4)基于入射頻率與風(fēng)速求得截?cái)囝l率.，利用面 元雙尺度及場(chǎng)的矢量疊加原理求得高斯波束照射下多尺度粗糙海面后向散射場(chǎng)：其中，< 為重力波與張力波的截?cái)囝l率，為二維功率譜，$為小尺度波高 起伏的均方差，a為大尺度坡度的均方差。5.根據(jù)專利要求1所述的基于高斯雷達(dá)波束照射下多尺度電大區(qū)域粗糙海面后向雷 達(dá)回波特性分區(qū)并行計(jì)算方法，其特征在于，將步驟（5)基于步驟（3)的海面模擬及步驟 (4)的電磁散射場(chǎng)計(jì)算，利用GPU及CUDA對(duì)海面并行模擬及針對(duì)各個(gè)分區(qū)海面并行計(jì)算，結(jié) 合電場(chǎng)的矢量疊加原理求得總的散射場(chǎng)，提高計(jì)算效率。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種多尺度電大區(qū)域粗糙海面后向雷達(dá)回波分區(qū)并行計(jì)算方法，包括：確定雷達(dá)高斯波束坐標(biāo)系、粗糙面坐標(biāo)系以及兩者間的變換關(guān)系；雷達(dá)高斯波束的平面波展開(kāi)；確定截?cái)囝l率；建立粗糙海面模型并對(duì)粗糙面進(jìn)行分區(qū)；確定各子區(qū)域入射波長(zhǎng)的幅度與相位；利用Z-BUFFER方法進(jìn)行面元遮蔽判斷；利用修正面元雙尺度方法、場(chǎng)的矢量疊加理論與矢量輻射傳輸理論獲得多尺度粗糙面的后向散射場(chǎng)及散射散射系數(shù)，并結(jié)合GPU利用CUDA對(duì)各個(gè)分區(qū)進(jìn)行并行計(jì)算提高計(jì)算效率。本發(fā)明基于高斯波束平面波譜展開(kāi)以及粗糙海面的多尺度回波特性特點(diǎn)，將電大區(qū)域粗糙海面進(jìn)行分區(qū)并行計(jì)算，實(shí)現(xiàn)多尺度電大區(qū)域粗糙海面雷達(dá)回波特性分析。
【IPC分類】G06F19/00
【公開(kāi)號(hào)】CN104992064
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510397412
【發(fā)明人】令狐龍翔, 吳振森, 曹運(yùn)華, 吳家驥
【申請(qǐng)人】西安電子科技大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年10月21日
【申請(qǐng)日】2015年7月9日