[发明专利]基于尺度分解的沥青路面激光散射光强分布快速计算方法

权利要求书

1.一种基于尺度分解的沥青路面激光散射光强分布快速计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，利用分形结构对沥青路面进行建模；

步骤2，利用自相似性进行尺度分解和单元分割；

步骤3，利用基尔霍夫近似方法结合有限元法计算单元散射场；

步骤4，利用几何坐标关系建立遮蔽函数，将小尺度单元散射场矢量叠加得到沥青路面的激光散射光强分布。

2.根据权利要求1所述的基于尺度分解的沥青路面激光散射光强分布快速计算方法，其特征在于，利用一维WM分形结构模型函数对实际沥青路面进行建模。

3.根据权利要求1或2所述的基于尺度分解的沥青路面激光散射光强分布快速计算方法，其特征在于，一维WM分形模型函数的解析式为：

其中，C为幅度控制因子

δ表示粗糙表面的均方根高度，b为步进频率尺度系数，D表示的是分形维数，N代表谐波数，N可以由入射波的频率来决定，K₀b^N-1＝k，其中k＝2π/λ，λ为入射波长,K₀为空间基波数，代表的是随机相位。

4.根据权利要求1所述的基于尺度分解的沥青路面激光散射光强分布快速计算方法，其特征在于，步骤2利用自相似性进行尺度分解和单元分割的具体方法为：

将沥青粗糙表面分为两个不同尺度的余弦量进行叠加的结果，包括大尺度表面和小尺度表面，大尺度表面为实际沥青路面的表面轮廓尺度，小尺度表面为满足基尔霍夫近似条件的粗糙面。

5.根据权利要求1所述的基于尺度分解的沥青路面激光散射光强分布快速计算方法，其特征在于，步骤3利用基尔霍夫近似方法结合有限元法计算单元散射场包括如下步骤：

步骤3.1，结合有限元法建立相应的小尺度单元散射模型并设定边界条件；

建立的小尺度单元散射模型包括空气层和沥青层，二者交汇处是沥青路面轮廓，最外层是能够吸收所有出射波的理想边界；

设定入射光从无穷远处发射，设置为平面波，光波矢量分为S和P两个分量，入射波矢量为：

其中，为平面波电场单位矢量,为入射波矢，分别为源点和场点，为入射波p光方向单位矢量，为入射波s光方向单位矢量，A_piA_si表示两个方向上的单位振幅；

步骤3.2，对步骤3.1中的小尺度单元散射模型进行网格划分，划分的网格大小我八分之一个波长，空气层和沥青层采用自由三角形网格。

步骤3.3，结合Stratton-Chu方程推导出一维WM分形模型下的散射光强数值积分公式，利用散射光强数值积分公式计算单元散射场。

6.根据权利要求5所述的基于尺度分解的沥青路面激光散射光强分布快速计算方法，其特征在于，一维WM分形模型下的散射光强数值积分公式：

其中，r为场点到源点的距离，x为水平方向坐标值，为入射波矢，f(x)为分形表面不同水平位置处的高度值，f′(x)表示在一维WM模型函数中水平坐标为x处的面元斜率，θ_i和θ_s分别表示散射系统中的散射角和入射角，A、B、C、D为矢量，具体表示如下：

其中，r_s,r_p为反射系数，分别为入射波和散射波的波矢，为本地单位法向量，为反射波矢，为入射波p光方向单位矢量，为入射波s光方向单位矢量，A_piA_si表示两个方向上的单位振幅。

7.根据权利要求1所述的基于尺度分解的沥青路面激光散射光强分布快速计算方法，其特征在于，建立的遮蔽函数为：

其中，样点为粗糙曲线上的任意一点，交点指的是在波矢方向上入射波矢与粗糙曲线交叉的点。