[发明专利]一种二维随机粗糙面散射统计矩的计算方法

说明书

本发明公开了一种二维随机粗糙面散射统计矩的计算方法，具体为：利用Beckmann理论和高斯矩定理，经过严格的理论推导给出了散射场的二阶矩、相干与非相干散射强度及散射场四阶矩的计算公式，可以由散射场高阶矩退化到低阶矩，验证散射场四阶矩函数的正确性，且能够通过随机粗糙表面散射四阶矩函数来分析激光强度探测的质量，并广泛的用于国防和民用领域粗糙面散斑探测问题的研究。

技术领域

本发明属于粗糙面电磁散射技术领域，具体涉及一种二维随机粗糙面散射统计矩的计算方法。

背景技术

近年来，粗糙面电磁散射研究在理论分析和实际应用中具有重要的意义，广泛的应用在电波传播、通信、机载雷达和星载雷达等众多领域，推动随机粗糙表面电磁散射研究的深入发展。包括在对地面和空中目标进行探测的过程中，通常很方便地利用信号的二阶统计特性表述随机介质对于无线电波传播的效应。

国内外学者对于粗糙面散射强度双频互相关函数已进行大量的研究，求解方法利用基尔霍夫近似和物理光学近似。Beckmann理论是关于电磁波在粗糙表面上的散射，为测量远区散射场估算表面粗糙度的光学方法提供理论依据，散射光在反射方向上依赖于表面高度的自相关函数。利用高斯矩定理，通过对指数函数和贝塞尔函数进行级数展开得到散射强度起伏双频互相关函数，进而推导获得散射场四阶矩函数的解析表达式。

发明内容

本发明的目的在于提供一种二维随机粗糙面散射统计矩的计算方法，解决了现有技术中对高阶矩统计特性计算困难的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种二维随机粗糙面散射统计矩的计算方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，求解散射场的两类双频互相关函数；

步骤2，经步骤1后，求解散射场的相干与非相干散射强度；

步骤3，经步骤2后，求解散射场四阶矩函数。

本发明的特点还在于，

步骤1中，求解散射场的两类双频互相关函数；具体步骤如下：

步骤1.1，求解散射场的第一类双频互相关函数；

设波长为λ的一束相干平面波照射在二维高斯粗糙面ξ(x,y)上，入射方向为(θ_i,0)，散射方向为忽略入射场的时间因子和遮蔽效应；对随机粗糙面建立二维直角坐标系，由z＝ξ(x,y)随机函数描述此粗糙面，对函数取集平均得z＝0；

根据Beckmann理论，得到远区散射场E_s(k_i,k_s)，如式(1)所示；

式(1)中，θ_i为平面波的入射角、θ_s为散射角、为散射方位角；

K(ω)＝-ikexp(ikR)/2πR，i表示复数，R是目标坐标系原点到观察点之间的距离；

矢量v＝k_i-k_s＝v_xx+v_yy+v_zz，r＝(x,y,ξ(x,y))，v·r＝v_xx+v_yy+v_zξ(x,y)；k_i为入射波矢量，k_s为散射波矢量，

由Beckmann理论和高斯矩定理可知，散射场的第一类双频互相关函数，如式(2)所示；