本發(fā)明涉及海雜波靜態(tài)電磁散射特性模擬測試技術(shù)，特別涉及一種室內(nèi)破碎波浪電磁散射模擬測試系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

海面電磁散射的外場實測可控性差，且代價巨大，無法滿足大量測試的需求。利用實驗室內(nèi)海雜波模擬系統(tǒng)，采用人工造波的方式，可以在實驗室內(nèi)開展可控的海雜波模擬測量研究。

真實海面存在波浪破碎的現(xiàn)象，產(chǎn)生的卷浪、白冠等對電磁散射影響較大，被認(rèn)為是“海尖峰”產(chǎn)生因素之一，對于破碎波浪的造波池模擬是目前研究的空白，也是目前開展海面模擬測試的難點之一。

山東大學(xué)在專利“一種液壓控制沖箱式造波裝置及方法”(公開號：CN105823698A、申請?zhí)枺篊N201610164488.0)提出了一種液壓控制沖箱式造波裝置及方法，包括試驗水渠、液壓千斤頂、傳動桿等，通過調(diào)整筒狀沖箱與水面撞擊，產(chǎn)生波浪，沖箱的圓弧構(gòu)造產(chǎn)生的波浪更接近天然波浪，但水渠尺寸較小，不利于電磁散射特性測試，且未提及破碎波浪的造波池模擬方法；

三峽大學(xué)在專利“一種實驗用推板式波浪模擬水槽”(公開號：CN204612896U、專利申請?zhí)枺篊N201520366830.6)中提出了一種實驗用推板式波浪模擬水槽，包括水槽、消浪尖劈、伺服電機等，可以形成波浪用于模擬試驗，同樣該專利并未提及室內(nèi)破碎波浪的模擬方法。

凱利斯蘭特爾波浪有限責(zé)任公司在專利“表面重力波浪發(fā)生器和波浪池”(公開號CN104781486A、申請?zhí)枺篊N200980154911.7)中，提出了用于產(chǎn)生適宜沖浪的波浪池，適合于通過移動機構(gòu)在沿著側(cè)壁的方向上移動以在溝槽中產(chǎn)生波浪，其在檻部上形成破碎浪，該種造波設(shè)備通常尺寸較小，且需要在側(cè)壁放置移動機構(gòu)，會對電磁散射回波產(chǎn)生影響，因此并不適用于電磁散射測試。

大連理工大學(xué)在論文“多向聚集極限波浪的模擬研究”提出了一種使用波能聚焦是產(chǎn)生極限波浪的方法，可以模擬單一聚焦波浪的破碎，但由于其產(chǎn)生機制的原因，聚焦波浪本身存在半圓形的弧線，與真實洋面上的破碎浪有一定區(qū)別，并不適用于室內(nèi)的模擬測試。

大連理工大學(xué)在論文“破碎帶波浪的數(shù)值模擬”中基于一組色散關(guān)系得到改進(jìn)的完全非線性Boussinesq方程建立了一個波浪模型，可以模擬近岸水域的波浪變淺、破碎以及在海灘上的爬高等多種變形。這種波浪破碎方式與遠(yuǎn)海環(huán)境的波浪破碎產(chǎn)生機制不同，產(chǎn)生方法不能用于造波池破碎浪的模擬。

本專利在現(xiàn)有造波水池波浪產(chǎn)生方式的基礎(chǔ)上，提出波浪破碎機理，研究造波池內(nèi)波浪破碎的波長、波高的確定性關(guān)系，在造波池內(nèi)產(chǎn)生能用與電磁散射測試的破碎波浪。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種室內(nèi)破碎波浪電磁散射模擬測試系統(tǒng)和方法，提出波浪破碎機理，研究造波池內(nèi)波浪破碎的波長、波高的確定性關(guān)系，在造波池內(nèi)產(chǎn)生能用與電磁散射測試的破碎波浪。

為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種室內(nèi)破碎波浪電磁散射模擬測試系統(tǒng)，其特點是，包含：

造波水池；

設(shè)置在造波水池的造波設(shè)備和浪高測試反饋系統(tǒng)；

設(shè)置在造波水池內(nèi)壁移消除水波在波壁產(chǎn)生的回波干擾的消波裝置；

設(shè)置在造波水池上方的高架軌路；

活動設(shè)置在高架軌路上的運動小車；

靜態(tài)電磁散射測量系統(tǒng)，其通過姿態(tài)裝定組件懸吊在運動小車下方。

所述的高架軌路通過龍門構(gòu)架架設(shè)在造波水池上方。

所述的姿態(tài)裝定組件包含：

吊桿，其一端通過吊桿并帽、帶齒套筒與角度調(diào)節(jié)板相連，另一端與運動小車固接，旋轉(zhuǎn)所述的吊桿，調(diào)節(jié)靜態(tài)電磁散射測量系統(tǒng)與高架軌路之間的夾角。

所述的運動小車上設(shè)有信號采集系統(tǒng)。

一種室內(nèi)破碎波浪電磁散射模擬測試方法，其特點是，包含如下步驟：

S1，靜態(tài)電磁散射測量系統(tǒng)通過姿態(tài)裝定組件懸吊在運動小車下方，模擬0°～90°范圍內(nèi)不同的入射角；

S2，高架軌路沿著龍門構(gòu)架上升至預(yù)設(shè)定的高度；

S3，造波設(shè)備在造波水池內(nèi)模擬不同海情的破碎波浪；

S4，靜態(tài)電磁散射測量系統(tǒng)測試波浪破碎的海雜波散射信號并采集存儲。

所述的步驟S1中姿態(tài)裝定組件包含：

吊桿，其一端通過吊桿并帽、帶齒套筒與角度調(diào)節(jié)板相連，另一端與運動小車固接；通過旋轉(zhuǎn)所述的吊桿調(diào)節(jié)靜態(tài)電磁散射測量系統(tǒng)與高架軌路之間的夾角。

所述的步驟2中還調(diào)節(jié)高架軌路與水面的夾角。

所述的步驟S3中采用PM譜計算破碎波浪的浪高和波長。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點：

本發(fā)明提出波浪破碎機理，研究造波池內(nèi)波浪破碎的波長、波高的確定性關(guān)系，在造波池內(nèi)產(chǎn)生能用與電磁散射測試的破碎波浪

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種室內(nèi)破碎波浪電磁散射模擬測試系統(tǒng)的系統(tǒng)圖；

圖2為運動小車的裝載示意圖；

圖3為姿態(tài)裝定組件的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖，通過詳細(xì)說明一個較佳的具體實施例，對本發(fā)明做進(jìn)一步闡述。

海浪是一個復(fù)雜的隨機現(xiàn)象，其海面風(fēng)場以及由風(fēng)生成的海浪的統(tǒng)計特性有一定的對應(yīng)關(guān)系，因此海洋學(xué)家在對海浪描述研究中引進(jìn)了譜的概念，其中最常用的就是Pierson-Moscowitz譜(簡稱PM譜)。PM譜是一個以風(fēng)速U為單一參量的海譜，通過PM譜產(chǎn)生海浪的方式在大量專利、論文中都有論述，在此不做具體描述。

通過長期的測試數(shù)據(jù)分析，由PM譜產(chǎn)生的海浪，其波長λ可近似表示為：

λ＝0.64U² (1)

對于深度為d的造波水池，為了能夠產(chǎn)生破碎波浪，其波高H應(yīng)當(dāng)滿足一定的要求，即：

H≥0.14×λ×tanhkd (2)

其中k為波數(shù)，可表示為：

k＝2π/λ (3)

根據(jù)公式(2)即可計算出破碎波浪的波高。

如圖1所示，一種室內(nèi)破碎波浪電磁散射模擬測試系統(tǒng)，包含：造波水池1；設(shè)置在造波水池1的造波設(shè)備2和浪高測試反饋系統(tǒng)4；設(shè)置在造波水池1內(nèi)壁移消除水波在波壁產(chǎn)生的回波干擾的消波裝置3；設(shè)置在造波水池1上方的高架軌路6；活動設(shè)置在高架軌路6上的運動小車7；靜態(tài)電磁散射測量系統(tǒng)8，其通過姿態(tài)裝定組件9懸吊在運動小車7下方。高架軌路6通過龍門構(gòu)架5架設(shè)在造波水池上方。

如圖2、3所示，上述的姿態(tài)裝定組件包含：吊桿14，其一端通過吊桿并帽13、帶齒套筒12與角度調(diào)節(jié)板11相連，另一端與運動小車7固接，旋轉(zhuǎn)所述的吊桿14，調(diào)節(jié)靜態(tài)電磁散射測量系統(tǒng)與高架軌路之間的夾角，并通過鎖定螺桿15固定吊桿14與角度調(diào)節(jié)板11。

上述的運動小車上設(shè)有信號采集系統(tǒng)。

一種室內(nèi)破碎波浪電磁散射模擬測試方法，包含如下步驟：

S1，靜態(tài)電磁散射測量系統(tǒng)通過姿態(tài)裝定組件懸吊在運動小車下方，模擬0°～90°范圍內(nèi)不同的入射角，若任務(wù)要求的測試頻率為f，則在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)定時將測試頻率設(shè)置為f，本實施例中f＝2GHz；

S2，高架軌路沿著龍門構(gòu)架上升至預(yù)設(shè)定的高度，若任務(wù)要求的測試高度為H，則實際測試高度應(yīng)設(shè)置為H，并調(diào)節(jié)高架軌路與水面的夾角；

S3，造波設(shè)備在造波水池內(nèi)模擬不同海情的破碎波浪，所述的步驟S3中采用上述的PM譜計算破碎波浪的浪高和波長，其波長λ＝0.64U²，任務(wù)要求風(fēng)速為5m/s，則測試波長可取16m。波高H≥0.14×λ×tanhkd＝2.2m。

H為造波時選擇的波高，λ＝16m，tanh為雙曲正切函數(shù)，k為波數(shù)，k＝2π/λ＝0.39，d為水深，此處選擇d＝6m，可計算出0.14×λ×tanhkd＝2.2

則測試波高可取2.5m；

S4，靜態(tài)電磁散射測量系統(tǒng)測試波浪破碎的海雜波散射信號并采集存儲，信號采集系統(tǒng)10實時采集散射回波信號。

所述的步驟S1中姿態(tài)裝定組件包含：

吊桿，其一端通過吊桿并帽、帶齒套筒與角度調(diào)節(jié)板相連，另一端與運動小車固接；通過旋轉(zhuǎn)所述的吊桿調(diào)節(jié)靜態(tài)電磁散射測量系統(tǒng)與高架軌路之間的夾角。

綜上所述，本發(fā)明一種室內(nèi)破碎波浪電磁散射模擬測試系統(tǒng)和方法，提出波浪破碎機理，研究造波池內(nèi)波浪破碎的波長、波高的確定性關(guān)系，在造波池內(nèi)產(chǎn)生能用與電磁散射測試的破碎波浪。

盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。