Analysis and simulation of the backscattering enhancement phenomenon from randomly distributed point scatterers

Abstract

Bu çalışma, rasgele dağıtılmış noktasal saçıcılar üzerinden geri saçılım artırılmasıolgusunun irdelenmesini ve simülasyonunu araştırmıştır. Bu noktasal saçıcılar birküpün veya bir kürenin içerisine rasgele dağıtıldıktan sonra hem kübik hem deküresel dağılımlar üzerinden geri saçılım artırılması olgusu çalışmanın başındansonuna kadar incelenmiştir. Kübik ve küresel dağılımların saçılım olgusuhususundaki genel karakteristik farkları gözlemlenmiştir. T-matris metodu gerisaçılım artırılması olgusunun analitik araştırması için kullanılmış ve ayrıca birtakımyaklaşık formüller elde edilmiştir. Monte Carlo simülasyon metodu ise geri saçılımartırılması olgusunun simülasyon araştırması için kullanılmıştır. Bazı Monte Carlosimülasyonları MATLAB programlama dili kullanılarak hazırlanmış ve güvenaralıkları gösterilerek doğruluğu kanıtlanmıştır. Tekli ve çiftli saçılımda oluşan gerisaçılım artırılması olgusunun hem irdelenmesi hem de simülasyonunuaraştırılmıştır; ancak, hesaplama karmaşıklığı nedeniyle çoklu saçılımda oluşan gerisaçılım artırılması olgusu sadece simülasyonlarla incelenmiştir. Bu çalışma, rasgeledağıtılmış noktasal saçıcılar üzerinden oluşan tekli saçılım ile çoklu saçılımarasındaki farkları araştırmıştır. Hem gelen sinyalin frekansının hem de noktasalsaçıcı yoğunluğunun geri saçılım artırımı üzerindeki etkilerine işaret edilmiştir. Buçalışmada, hangi koşullar altında rasgele dağılmış noktasal saçıcılar üzerinden geriviisaçılım artırımı olgusunun oluştuğu, neden geri saçılım artırımı olgusunu incelemekiçin çoklu saçılımı hesaba katma ihtiyacı duyulduğu ve geri saçılım artırımınınaynasal saçılım artırımından nasıl ayırt edilebileceği gibi sorular yanıtlanmayaçalışılmıştır.Anahtar Kelimeler: Geri Saçılım Artırılması Olayı, Noktasal Saçıcılar, Monte CarloSimülasyonu, Tekli Saçılım, Çoklu Saçılım.

This thesis investigates analysis and simulation of the backscattering enhancementphenomenon from randomly distributed point scatterers. These point scatterers arerandomly distributed within a cube or a sphere and then the backscatteringenhancement phenomenon from both cubical and spherical distributions areexamined throughout the thesis. The general characteristic differences betweencubical and spherical distribution about the scattering phenomenon are observed.T-matrix method is used for analytic investigations of the backscatteringenhancement and also a certain number of approximate formulas are obtained. Asfor Monte Carlo simulation method, it is used for simulated investigations of thebackscattering enhancement. Some Monte Carlo simulations are prepared by usingMATLAB programming language and verified by showing their confidenceintervals. Both analytic and simulated investigations of the backscatteringenhancement due to single and double scattering are analyzed; however, onlysimulated investigation of the backscattering enhancement due to multiplescattering are analyzed because of its computational complexity. The thesis tracesdifferences between single scattering and multiple scattering from randomlydistributed point scatterers. Effects of both incident field frequency and pointvscatterer density on the backscattering enhancement are indicated. The thesis seeksanswers to questions such as which conditions cause the backscatteringenhancement phenomenon from randomly distributed point scatterers, why we needto consider multiple scattering to examine the backscattering phenomenon and howwe can discriminate the backscattering enhancement from the specularenhancement.Keywords: Backscattering Enhancement Phenomenon, Point Scatterers, MonteCarlo Simulation, Single Scattering, Multiple Scattering.