一种室内破碎波浪电磁散射模拟测试系统和方法与流程

本发明涉及海杂波静态电磁散射特性模拟测试技术，特别涉及一种室内破碎波浪电磁散射模拟测试系统和方法。

背景技术：

海面电磁散射的外场实测可控性差，且代价巨大，无法满足大量测试的需求。利用实验室内海杂波模拟系统，采用人工造波的方式，可以在实验室内开展可控的海杂波模拟测量研究。

真实海面存在波浪破碎的现象，产生的卷浪、白冠等对电磁散射影响较大，被认为是“海尖峰”产生因素之一，对于破碎波浪的造波池模拟是目前研究的空白，也是目前开展海面模拟测试的难点之一。

山东大学在专利“一种液压控制冲箱式造波装置及方法”(公开号：CN105823698A、申请号：CN201610164488.0)提出了一种液压控制冲箱式造波装置及方法，包括试验水渠、液压千斤顶、传动杆等，通过调整筒状冲箱与水面撞击，产生波浪，冲箱的圆弧构造产生的波浪更接近天然波浪，但水渠尺寸较小，不利于电磁散射特性测试，且未提及破碎波浪的造波池模拟方法；

三峡大学在专利“一种实验用推板式波浪模拟水槽”(公开号：CN204612896U、专利申请号：CN201520366830.6)中提出了一种实验用推板式波浪模拟水槽，包括水槽、消浪尖劈、伺服电机等，可以形成波浪用于模拟试验，同样该专利并未提及室内破碎波浪的模拟方法。

凯利斯兰特尔波浪有限责任公司在专利“表面重力波浪发生器和波浪池”(公开号CN104781486A、申请号：CN200980154911.7)中，提出了用于产生适宜冲浪的波浪池，适合于通过移动机构在沿着侧壁的方向上移动以在沟槽中产生波浪，其在槛部上形成破碎浪，该种造波设备通常尺寸较小，且需要在侧壁放置移动机构，会对电磁散射回波产生影响，因此并不适用于电磁散射测试。

大连理工大学在论文“多向聚集极限波浪的模拟研究”提出了一种使用波能聚焦是产生极限波浪的方法，可以模拟单一聚焦波浪的破碎，但由于其产生机制的原因，聚焦波浪本身存在半圆形的弧线，与真实洋面上的破碎浪有一定区别，并不适用于室内的模拟测试。

大连理工大学在论文“破碎带波浪的数值模拟”中基于一组色散关系得到改进的完全非线性Boussinesq方程建立了一个波浪模型，可以模拟近岸水域的波浪变浅、破碎以及在海滩上的爬高等多种变形。这种波浪破碎方式与远海环境的波浪破碎产生机制不同，产生方法不能用于造波池破碎浪的模拟。

本专利在现有造波水池波浪产生方式的基础上，提出波浪破碎机理，研究造波池内波浪破碎的波长、波高的确定性关系，在造波池内产生能用与电磁散射测试的破碎波浪。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种室内破碎波浪电磁散射模拟测试系统和方法，提出波浪破碎机理，研究造波池内波浪破碎的波长、波高的确定性关系，在造波池内产生能用与电磁散射测试的破碎波浪。

为了实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种室内破碎波浪电磁散射模拟测试系统，其特点是，包含：

造波水池；

设置在造波水池的造波设备和浪高测试反馈系统；

设置在造波水池内壁移消除水波在波壁产生的回波干扰的消波装置；

设置在造波水池上方的高架轨路；

活动设置在高架轨路上的运动小车；

静态电磁散射测量系统，其通过姿态装定组件悬吊在运动小车下方。

所述的高架轨路通过龙门构架架设在造波水池上方。

所述的姿态装定组件包含：

吊杆，其一端通过吊杆并帽、带齿套筒与角度调节板相连，另一端与运动小车固接，旋转所述的吊杆，调节静态电磁散射测量系统与高架轨路之间的夹角。

所述的运动小车上设有信号采集系统。

一种室内破碎波浪电磁散射模拟测试方法，其特点是，包含如下步骤：

S1，静态电磁散射测量系统通过姿态装定组件悬吊在运动小车下方，模拟0°～90°范围内不同的入射角；

S2，高架轨路沿着龙门构架上升至预设定的高度；

S3，造波设备在造波水池内模拟不同海情的破碎波浪；

S4，静态电磁散射测量系统测试波浪破碎的海杂波散射信号并采集存储。

所述的步骤S1中姿态装定组件包含：

吊杆，其一端通过吊杆并帽、带齿套筒与角度调节板相连，另一端与运动小车固接；通过旋转所述的吊杆调节静态电磁散射测量系统与高架轨路之间的夹角。

所述的步骤2中还调节高架轨路与水面的夹角。

所述的步骤S3中采用PM谱计算破碎波浪的浪高和波长。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

本发明提出波浪破碎机理，研究造波池内波浪破碎的波长、波高的确定性关系，在造波池内产生能用与电磁散射测试的破碎波浪

附图说明

图1为本发明一种室内破碎波浪电磁散射模拟测试系统的系统图；

图2为运动小车的装载示意图；

图3为姿态装定组件的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

海浪是一个复杂的随机现象，其海面风场以及由风生成的海浪的统计特性有一定的对应关系，因此海洋学家在对海浪描述研究中引进了谱的概念，其中最常用的就是Pierson-Moscowitz谱(简称PM谱)。PM谱是一个以风速U为单一参量的海谱，通过PM谱产生海浪的方式在大量专利、论文中都有论述，在此不做具体描述。

通过长期的测试数据分析，由PM谱产生的海浪，其波长λ可近似表示为：

λ＝0.64U² (1)

对于深度为d的造波水池，为了能够产生破碎波浪，其波高H应当满足一定的要求，即：

H≥0.14×λ×tanhkd (2)

其中k为波数，可表示为：

k＝2π/λ (3)

根据公式(2)即可计算出破碎波浪的波高。

如图1所示，一种室内破碎波浪电磁散射模拟测试系统，包含：造波水池1；设置在造波水池1的造波设备2和浪高测试反馈系统4；设置在造波水池1内壁移消除水波在波壁产生的回波干扰的消波装置3；设置在造波水池1上方的高架轨路6；活动设置在高架轨路6上的运动小车7；静态电磁散射测量系统8，其通过姿态装定组件9悬吊在运动小车7下方。高架轨路6通过龙门构架5架设在造波水池上方。

如图2、3所示，上述的姿态装定组件包含：吊杆14，其一端通过吊杆并帽13、带齿套筒12与角度调节板11相连，另一端与运动小车7固接，旋转所述的吊杆14，调节静态电磁散射测量系统与高架轨路之间的夹角，并通过锁定螺杆15固定吊杆14与角度调节板11。

上述的运动小车上设有信号采集系统。

一种室内破碎波浪电磁散射模拟测试方法，包含如下步骤：

S1，静态电磁散射测量系统通过姿态装定组件悬吊在运动小车下方，模拟0°～90°范围内不同的入射角，若任务要求的测试频率为f，则在进行系统设定时将测试频率设置为f，本实施例中f＝2GHz；

S2，高架轨路沿着龙门构架上升至预设定的高度，若任务要求的测试高度为H，则实际测试高度应设置为H，并调节高架轨路与水面的夹角；

S3，造波设备在造波水池内模拟不同海情的破碎波浪，所述的步骤S3中采用上述的PM谱计算破碎波浪的浪高和波长，其波长λ＝0.64U²，任务要求风速为5m/s，则测试波长可取16m。波高H≥0.14×λ×tanhkd＝2.2m。

H为造波时选择的波高，λ＝16m，tanh为双曲正切函数，k为波数，k＝2π/λ＝0.39，d为水深，此处选择d＝6m，可计算出0.14×λ×tanhkd＝2.2

则测试波高可取2.5m；

S4，静态电磁散射测量系统测试波浪破碎的海杂波散射信号并采集存储，信号采集系统10实时采集散射回波信号。

所述的步骤S1中姿态装定组件包含：

吊杆，其一端通过吊杆并帽、带齿套筒与角度调节板相连，另一端与运动小车固接；通过旋转所述的吊杆调节静态电磁散射测量系统与高架轨路之间的夹角。

综上所述，本发明一种室内破碎波浪电磁散射模拟测试系统和方法，提出波浪破碎机理，研究造波池内波浪破碎的波长、波高的确定性关系，在造波池内产生能用与电磁散射测试的破碎波浪。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。