基于蒙特卡羅方法的隨機粗糙表面仿真

于小寧

摘要： 利用隨機粗糙面的相關函數及其表面譜密度函數，結合蒙特卡羅方法建立隨機粗糙表面模型，并對粗糙表面統計參數均方根高度和相關長度與表面高度的關系進行特性分析。通過仿真可知：高度均方根和相關長度的變化對表面高度有很大影響，當均方根高度不同，相關長度相同時，表面高度隨均方根增大而增大；當均方根高度相同時，相關長度越大，周期變??；通過改變某一方向上的相關長度，只改變本方向上的周期，而對其他方向不產生影響。

Abstract： Correlation function and surface spectral density function of random rough surface are combined with Monte Carlo method to establish the random rough surface model， and the relationship of RMS height and correlation length of the surface is studied. The simulation shows that： the change of correlation length and the RMS height have great effect on the surface height， when the correlation length is the same， the surface height increases with RMS height； when the RMS height is the same， the correlation length is larger but the cycle is smaller； through changing the correlation length in one direction， only change the direction of the cycle， but has no effect on the other direction.

關鍵詞： 激光雷達；蒙特卡羅；隨機粗糙表面

Key words： lidar；Monte Carlo；random rough surface

中圖分類號：O348.11 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）08-0226-03

3 結語

本文通過隨機粗糙面的相關函數和表面譜密度函數，引用經典的隨機粗糙面產生方法，結合蒙特卡羅方法實現隨機粗糙面模擬，通過對不同參數的設置，分析了各參數對隨機粗糙面的起伏高度的影響。

改變某一方向的相關長度，隨機粗糙面僅對該方向上的表面起伏產生影響，對其它方向沒有影響；改變其均方根高度，該隨機粗糙面的起伏高度產生影響；而同時改變隨機粗糙面的相關長度和均方根高度，其效果與前一致，且不相互影響；生成隨機粗糙面的次數越多所產生的粗糙面起伏越小。

隨機粗糙表面的蒙特卡羅模擬及其參數分析將為隨機粗糙面散射的數值計算奠定基礎。

參考文獻：

[1]Haner D A， Menzies R T. Reflectance characteristics of reference materials used in lidar hard target calibration[J]. Applied optics， 1989， 28（5）： 857-864.

[2]Yoshimori K， Itoh K， Ichioka Y. Statistical formulation for an inhomogeneous random water surface： a basis for optical remote sensing of oceans[J]. JOSA A， 1994， 11（2）： 723-730.

[3]Sangston K J. Analytical aspects of ultrawideband sea scatter[C]//AeroSense'97. International Society for Optics and Photonics， 1997： 52-63.

[4]Stover J C. Optical scatter： Applications， measurement， and theory； Proceedings of the Meeting， San Diego， CA， July 24-26， 1991[C]//Optical Scatter： Applications， Measurement， and Theory. 1991， 1530.

[5]Hielscher A H， Eick A A， Mourant J R， et al. Biomedical diagnostic with diffusely backscattered linearly and circularly polarized light[C]//BiOS'97， Part of Photonics West. International Society for Optics and Photonics， 1997： 298-305.

[6]A.Guissard， C.Bauafys. Fully and nonuflly developed sea models of microwave remote Sensing applications[J]. Remote.Sens.Environ，1994（48）：25-38.

[7]John R.Apel. An improved model of the ocean surface wave vector spectrum and its effct on radar backseatter[J].J.Geophys.Res，1994（8）：269-291.

[8]Neumann G. On wind generated ocean waves with special reference to the Problem of wave forecasting. N.Y.U.，Coll.Of Eng.，Res.Div.，Dept.of Meteor. And Oeeanogr：136-137.

[9]郭立新，吳振森.二維導體粗糙面電磁散射的分形特征研究[J].物理學報，2000，49（6）：1064-1069.

[10]Guo Lixin，Jiao Licheng and Wu Zhensen. Electromagnetic Scattering from Two-Dimensional Rough Suraface Using the Kirchhoff Approximation，Chin. Phys.Lett，2001，18（1）：214-216.