微波遥感基础第三次大作业

微波遥感基础第三次大作业学院:电子工程学院学号：13020710036姓名：牛芳1、电磁波的极化特性及其应用？（1）电磁波的极化极化：电磁波的极化是指在空间各点，以场强的大小为矢量幅度、空间方向为矢量方向所形成的矢量的尖端随时间变化的轨迹。直线和圆可以看作椭圆的特殊形式。因此，可以用椭圆极化的公式讨论各种极化问题。根据电磁波理论，沿+z轴方向传输的正弦平面电磁波的电场强度可以表示为𝐸⃗=𝐸𝑥𝑒𝑥⃗⃗⃗+𝐸𝑦=𝐸𝑥𝑚cos(𝜔𝑡−𝑘𝑧)𝑒𝑧⃗⃗⃗+𝐸𝑦𝑚cos(𝜔𝑡−𝑘𝑧±𝜙)𝑒𝑦⃗⃗⃗⃗（1）Ey与Ex分量的相位差为Δφ=𝜑𝑦−𝜑𝑥=(𝜔𝑡−𝑘𝑧±𝜙)−(𝜔𝑡−𝑘𝑧)=±𝜙(0𝜙𝜋)（2）求解式（1）得电场强度矢量变化轨迹方程为𝐸𝑥2𝐸𝑥𝑚2+𝐸𝑦2𝐸𝑦𝑚2−2𝐸𝑥𝐸𝑦𝐸𝑥𝑚𝐸𝑦𝑚cos𝜙=sin2𝜙（3）此式为关于Ey与Ex的椭圆方程，任意时刻在垂直于z轴的横截面上，其图形为椭圆轨迹。电场强度矢量的振幅、与+x轴的夹角（方向角）以及椭圆长轴与x轴的夹角（倾斜角θ）分别为𝐸𝑚=√𝐸𝑥𝑚2cos2(𝜔𝑡−𝑘𝑧)+𝐸𝑦𝑚2cos2(𝜔𝑡−𝑘𝑧±𝜙)（4）α=tan−1[𝐸𝑦𝑚𝐸𝑥𝑚(cos𝜙∓tan(𝜔𝑡−𝑘𝑧)sin𝜙)]（5）tan2𝜃=2𝐸𝑥𝑚𝐸𝑦𝑚𝐸𝑥𝑚2−𝐸𝑦𝑚2cos𝜙（6）式（1）~（6）即为分析平面电磁波极化特性的理论基础。1.1线极化令ϕ=0，即Ey与Ex分量同相，并选观察点为z=0平面，代入式（3）~（6）得电场矢量变化轨迹、电场强度矢量的振幅及其方向角、倾斜角分别为𝐸𝑥−𝐸𝑦𝐸𝑥𝑚𝐸𝑦𝑚=0𝐸𝑚=√𝐸𝑥𝑚2+𝐸𝑦𝑚2cos𝜔𝑡α=θ=tan−1(𝐸𝑦𝑚𝐸𝑥𝑚)0（7）ϕ=π时，情况类似，不作叙述。上述结果表明，当Ey与Ex分量同相或反相时，电场强度的振幅随时间变化，但方向角与时间无关，即电场强度矢量尖端描绘的轨迹是一条直线，称作直线极化波，如图2所示.当Ey与Ex分量同相时，方向角为正，反相时方向角为负。当Ey与Ex分量的振幅相等时，方向角为±45°。1.2圆极化令ϕ=π/2且Exm=Eym=E0，选观察点为z=0平面，代入式（3）~（5）得电场矢量变化轨迹、电场强度矢量的振幅及其方向角和倾斜角分别为Ex2+Ey2=E02Em=E0α=∓ωt（8）式（8）第一式为圆方程，圆半径为E0，而方向角随时间以角速度ω匀速变换，电场强度矢量尖端描绘的轨迹是圆，称作圆极化波。2圆极化旋向根据式（2）和式（8），圆极化方向角与相位差Δφ的关系为α={−𝜔𝑡，Δφ=π/2𝜔𝑡，Δφ=−π/2（9）这里的相位差是Ey相对于Ex分而言的，换句话说，就是以Ex分量做相位参考，当Δφ=π/2时，方向角随时间增大而减小，电场强度矢量做逆时针方向旋转，为左旋圆极化波；当Δφ=-π/2时方向角随时间增大而增大，电场强度矢量做顺时针方向旋转，为右旋圆极化波。这样，根据Ey和Ex分量的相位关系便可确定圆极化波的旋转方向。（2）电磁波的极化应用1）、无线电技术中，利用不同极化的电磁波具有不同的传播特性，结合收发天线的极化特性，可实现无线电信号的最佳发射和接收。2）、在通信中，为了在有限频带范围内尽量提高可用信道数，增加信道容量，提高频率利用率，减少波道间干扰，目前广泛采用的频率复用技术之一是在同一传输链路上，利用电波的正交极化隔离，把互相正交极化的相邻两条信道安排在同一频段上，这样使频率利用率提高了一倍。3）、雷达采用变极化技术后，可从目标回波中提取关于目标的更多信息，从而为雷达目标识别提供新的条件。合成孔径雷达也已采用多极化技术获取目标更多的信息，使成像更加清晰，目标的识别率更高。4）、对于单一极化的干扰，一般来说，只要将接收天线的极化改变成与干扰电波极化相正交，即可在很大程度上抑制干扰。2、电磁波的干涉特性？电磁波的干涉现象是指两行或两列以上的波在叠加区域的某些点的光振动始终加强，某些点的光振动始终减弱，即在干涉区域内振动强度有稳定的空间分布。3、电磁波干涉的条件是什么？为什么？请用公式理论分析说明？设空间有两列电磁波，它们具有相同的振幅（包括方向）和相同的频率，分别由S1、S2两点同时发出，则在t时刻它们在p点的电场强度分别为：)cos()cos()cos()cos(2020)(021010)(0121tkrEtxkEeEEtkrEtxkEeEEtxkitxkip点的总场强为：)cos()cos()cos()cos(210201021tkrtkrEtkrEtkrEEEE根据三角函数关系式，即得22coscos212120rrTtrrEE令12rr称为光程差，故得22coscos2210rrTtEEa)合成振幅与光程差有关，当22n时，振幅最大为时2)12(当;20nE，即2/)12(n振幅最小为0，说明：叠加的结果电场强度的振幅在空间一些地方加强了，另一些地方减弱了这种现象叫做干涉(Interfereuce)。b)当光程差为半光波长的偶数倍时，合成波振幅最大；当光程差为半波长的奇数倍时，合成波振幅为0。这可以解释物理光学中的干涉现象，也足以说明电磁波包含了一S1S2r1r2p定频段范围的光波。故电磁波干涉条件a)它们的电场强度和磁场强度都必须分别具有相同的振动方向。b)它们的频率必须相同。c)两列波的光程差不能太大。d)两列波的振幅不能悬殊太大。4、电磁波衍射原理及呈现的对孔径大小与分辨率的特性分析？1）、电磁波的衍射现象电磁波在传播过程中，遇到障碍物或小孔时，电磁波将偏离直线传播的途径而绕到障碍物后面传播的现象，叫电磁波的衍射。电磁波的衍射和电磁波的干涉一样证明了电磁波具有波动性。2）、电磁波的衍射公式若电磁波孔线度越小，电磁波束受限制得越厉害，则衍射范围越加弥漫。理论上表明电磁波孔横向线度ρ与衍射发散角Δθ之间存在反比关系ρΔθ≈λ。当电磁波孔线度远远大于电磁波波长λ时，衍射效应很不明显，近似于直线传播。当电磁波孔线度逐渐变小，衍射效应逐渐明显，在远处便出现亮暗分布的衍射图样。当电磁波孔线度小到可以同光波长相比拟时，衍射效应极为明显，衍射范围弥漫整个视场，过渡为散射情形。3）、电磁波的衍射原理电磁波遇到障碍物以后会或多或少地偏离几何电磁波传播定律的现象。几何光学表明，电磁波在均匀媒质中按直线定律传播，电磁波在两种媒质的分界面按反射定律和折射定律传播。但是，电磁波通过有孔的屏障以后，其强度可以波及到按直线传播定律所划定的几何阴影区内，也使得几何照明区内出现某些暗斑或暗纹。总之，衍射效应使得障碍物后空间的电磁波强分布既区别于几何光学给出的光强分布，又区别于光波自由传播时的光强分布，衍射光强有了一种重新分布。衍射使得一切几何影界失去了明锐的边缘。意大利物理学家和天文学家F.M.格里马尔迪在17世纪首先精确地描述了光的衍射现象，150年以后，法国物理学家A.-J.菲涅耳于19世纪最早阐明了这一现象。5、合成孔径雷达高分辨成像是如何体现多普勒效应的？高分辨形成与多普勒相应的关系是什么?1、合成孔径雷达是利用多普勒效应测角的。合成孔径雷达探测地形地物时，由于地形地物的起伏，只要不是完全同雷达运动航向平行的形状，就会有要么不同频移量的回波，要么不同起始时间的回波，根据这个推算,就能进行超分辨力的测角。由此还有一个重要推论：合成孔径模式，雷达真实天线孔径越小，测角分辨率越高-因为接收频移信号的采样速率更高。2、尽管合成孔径雷达越小角分辨力越高，但不能一概而论。因为雷达回波包含较强的噪音，雷达真实孔径小，信噪比越低，那么回波包含的地形地物信息也就越失真，再低，就什么也看不清了。