三維復(fù)雜動(dòng)態(tài)海面電磁散射特性建模及分析方法研究

在海洋電磁遙感技術(shù)中，海面電磁散射機(jī)理的研究一直是海表參數(shù)反演與海面目標(biāo)檢測等應(yīng)用中的關(guān)鍵。在復(fù)雜海況條件下，海面的不確定性、海面電磁散射的多徑效應(yīng)和遮擋效應(yīng)造成的散射機(jī)理的復(fù)雜性，使一些簡單的分析模型已經(jīng)不能解釋該條件下的電磁散射機(jī)理。針對這些海面電磁散射的前沿問題，本項(xiàng)目從以下幾個(gè)方面開展了研究： 一）從三維動(dòng)態(tài)海面的幾何建模著手，建立了重力海浪譜、風(fēng)驅(qū)海浪譜、破波以及艦船行進(jìn)過程中尾跡波紋等不同海況的海面模型，為海面電磁散射的計(jì)算和分析奠定了基礎(chǔ)。二）開展了對復(fù)雜動(dòng)態(tài)海面的電磁散射計(jì)算的高效方法研究，研發(fā)了適于大型復(fù)雜動(dòng)態(tài)海面電磁散射計(jì)算仿真平臺，包括基于多層快速多極子算法和混合高頻近似算法，以及用于計(jì)算海面和目標(biāo)復(fù)合電磁散射的高低頻混合算法。特別在大型海面電磁散射問題中將高階疊層矢量基函數(shù)應(yīng)用于多層快速多極子算法中，進(jìn)一步提高了算法的效率。針對高頻近似方法的局限性，本項(xiàng)目中通過添加虛擬發(fā)散因子的方法提高了高頻算法在海面散射中的計(jì)算精度，并將KD-tree結(jié)構(gòu)用于射線追蹤法中對算法進(jìn)行加速，使之能夠適用于大型海面電磁散射的快速計(jì)算。三）依托本項(xiàng)目研發(fā)的海面電磁散射計(jì)算平臺，開展了對包括風(fēng)驅(qū)海面、典型破浪海面在不同極化和不同入射角的時(shí)域及頻域的電磁散射特性分析研究。采用準(zhǔn)靜態(tài)方法仿真得到了海面回波序列，研究了風(fēng)驅(qū)海面的多普勒頻譜特性，并從統(tǒng)計(jì)意義上研究了海雜波的分布特性以及混沌特性。四）通過高低頻混合算法對海面上目標(biāo)的電磁散射回波進(jìn)行仿真研究，實(shí)現(xiàn)了對海雜波背景下目標(biāo)的合成孔徑成像研究，分析了海雜波對目標(biāo)成像質(zhì)量的影響。最后，本項(xiàng)目還通過對真實(shí)雷達(dá)采集的X波段海雜波數(shù)據(jù)分析，研究了海面信息的反演問題。 通過本項(xiàng)目的實(shí)施，建立了一套從海面幾何建模到以計(jì)算電磁學(xué)為核心的海雜波計(jì)算仿真，最后到海雜波分析的完整動(dòng)態(tài)海面電磁散射仿真與分析體系。項(xiàng)目的研究成果為海洋電磁遙感應(yīng)用提供了理論參考和技術(shù)基礎(chǔ)。 2100433B

在海洋電磁遙感技術(shù)中，海面電磁散射機(jī)理的研究一直是海表參數(shù)反演與海面目標(biāo)檢測等應(yīng)用中的關(guān)鍵，并已成為國內(nèi)外電磁場和雷達(dá)研究領(lǐng)域中的一個(gè)重要方向。在復(fù)雜海況條件下，海面的不確定性、海面電磁散射的多徑效應(yīng)和遮擋效應(yīng)造成的散射機(jī)理的復(fù)雜性，使一些簡單的分析模型已經(jīng)不能解釋該條件下的電磁散射機(jī)理。為此，本項(xiàng)目針對海面電磁散射的前沿問題，重點(diǎn)研究適于大入射角情況下包括重力海浪譜、風(fēng)驅(qū)海浪譜、破波以及艦船行進(jìn)過程中尾跡波紋等復(fù)雜動(dòng)態(tài)海面的電磁散射計(jì)算的高效方法，研發(fā)適于大型復(fù)雜動(dòng)態(tài)海面電磁散射計(jì)算的平臺，分析典型破浪海面在不同極化和不同入射角的時(shí)域及頻域的電磁散射特性，并通過實(shí)驗(yàn)研究和計(jì)算仿真相比對的方法，驗(yàn)證計(jì)算方法的可行性。本項(xiàng)目的研究成果可以應(yīng)用于海面電磁散射的仿真計(jì)算、海表信息的定量反演及海面艦船目標(biāo)的探測等，同時(shí)為我國海洋電磁遙感應(yīng)用提供理論和技術(shù)基礎(chǔ)。

若要將三維地質(zhì)建模技術(shù)直接應(yīng)用到油藏開發(fā)生產(chǎn)，必須也能夠與油藏地質(zhì)研究相結(jié)合。

下面是一個(gè)華北油田的例子。我認(rèn)為是一個(gè)將三維地質(zhì)建模直接應(yīng)用于生產(chǎn)研究的很好的例子。

由于渤海灣盆地沉積、構(gòu)造的復(fù)雜性，在許多區(qū)塊地層對比是一個(gè)很大的難題，尤其是斷點(diǎn)的對比，出現(xiàn)50m左右的誤差是很平常的事。但斷點(diǎn)對比的不準(zhǔn)確，會(huì)直接影響到斷層兩側(cè)油藏關(guān)系的認(rèn)識，并進(jìn)而影響到生產(chǎn)措施的實(shí)施。在利用最初的地層對比方案建立斷層模型的時(shí)候發(fā)現(xiàn)，兩條主要斷層的斷點(diǎn)是分散在斷層模型兩側(cè)的，顯然這是由于地層對比的誤差所導(dǎo)致的。對于常規(guī)建模工作來說，我們完全可以不必考慮所有的斷點(diǎn)，只要根據(jù)多數(shù)斷點(diǎn)建立起一個(gè)平均的斷面就可以。如果出現(xiàn)不準(zhǔn)確的問題，哪是地層對比人員的事，不是我們的責(zé)任。但油田采油廠的人從生產(chǎn)要求的角度出發(fā)，采用了斷層建模與地層對比相交互的方法。即通過Petrel的斷層模型找出與斷層面不吻合的斷點(diǎn)，然后對斷點(diǎn)進(jìn)行重新對比。經(jīng)過多次的反復(fù)，最終將所有的斷點(diǎn)都收斂到了一個(gè)斷面上。其結(jié)果不僅使斷層模型更為準(zhǔn)確，也幫助解決了地層對比工作中長期存在疑問。從而使建模技術(shù)很快的被油田一線生產(chǎn)人員所接受和喜愛。

復(fù)雜目標(biāo)的電磁散射問題以及復(fù)雜環(huán)境下的電磁兼容問題一直是國防工業(yè)和民用技術(shù)中迫切需要解決的關(guān)鍵問題。隨著近年來材料技術(shù)的快速發(fā)展，各種新的人工合成材料的不斷涌現(xiàn)，使如何分析這些新材料的電磁特性并將其成功應(yīng)用到國防及民用工業(yè)中也成為了亟待解決的問題。在這些新材料當(dāng)中，快速精確地分析雙各項(xiàng)同/異性材料、單/雙負(fù)介質(zhì)材料等是電磁學(xué)領(lǐng)域中最具挑戰(zhàn)的課題之一。同時(shí)研究各種新的復(fù)雜電磁結(jié)構(gòu)，例如光子晶體結(jié)構(gòu)、頻率選擇表面結(jié)構(gòu)等也成為電磁學(xué)領(lǐng)域中迫切需要解決的難題之一。因此，本項(xiàng)目以求解上述復(fù)雜電磁問題為立項(xiàng)依據(jù)，深入研究快速有效的電磁計(jì)算方法，以解決當(dāng)前計(jì)算方法在分析復(fù)雜電磁問題中的薄弱環(huán)節(jié)。主要的研究內(nèi)容包括：1）研究與積分核無關(guān)的算法及其相應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)，2）研究快速收斂的迭代算法和預(yù)條件算法，3）研究金屬與復(fù)雜媒質(zhì)混合的全波求解算法，4）研究與積分核無關(guān)的快速算法的并行化。