[發明專利]一種浪-流耦合海面的雷達后向散射截面數值模擬方法

有效

• 申請號: 201610041809.8
• 申請日: 2016-01-21
• 公開（公告）號: CN105718666B
• 公開（公告）日: 2019-02-12
• 發明（設計）人: 謝濤;何宜軍
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 黃成萍

本發明提出一種浪?流耦合海面的雷達后向散射截面數值模擬方法，包括步驟：根據用戶需要模擬的海面狀態和所采用的雷達傳感器類型設置海面模擬參數和雷達參數建立浪?流耦合電磁散射模型；獲取浪?流耦合海面演化過程和表征瞬態海面；進一步利用惠更斯原理、克西霍夫近似以及狄拉克格林函數，根據浪?流耦合電磁散射模型反演雷達后向散射系數γ以及推導出歸一化后向雷達散射截面σ₀。本發明能夠獲取海浪?海流耦合海面與電磁波相互作用的機制，促進浪?流耦合電磁散射特征的研究，可作為海流雷達反演研發的技術手段。

技術領域

本發明屬于海洋技術領域，具體涉及一種浪-流耦合海面的雷達后向散射截面數值模擬方法。

背景技術

海流對大洋環境有著舉足輕重的影響，它是能量與營養鹽的輸送紐帶，同時也可以將海洋垃圾，各種污染水體分散到全球大洋的各個角落，從而影響全球水體、海氣交換。因此對大洋表面海流進行全天候、大范圍監測至關重要，雖然人們可以利用聲學多普勒海流剖面儀(ADCP)準確測量海面及水下海流剖面，但類似的直接測量方法遠不能滿足準實時、大面積同步測量的需求，衛星遙感手段則成為滿足該需求的唯一手段。遺憾的是，目前為止，雖然有零星局限性算法用以反演海面流速，例如有人嘗試了利用合成孔徑雷達(SAR)多普勒質心偏移和沿跡干涉(ATI)技術進行海流反演，但還沒有直接對海流進行監測的傳感器上星，主要原因是海浪-海流耦合海面與電磁波相互作用機制沒有完全弄清楚，從而導致海流遙感反演方法的欠缺。

發明內容

發明目的：為解決上述技術問題，本發明提出一種浪-流耦合海面的雷達后向散射截面數值模擬方法。

技術方案：本發明提出的技術方案為：一種浪-流耦合海面的雷達后向散射截面數值模擬方法，包括以下步驟：

步驟1：設置海面模擬參數和雷達參數，海面模擬參數包括：海浪有效波高h_s、海浪主波長λ₀、幅度和頻率尺度因子b、分形海面粗糙度系數s和海浪主波波數K₀；雷達參數包括：雷達照射尺度范圍L，雷達入射角θ，雷達波長λ，雷達入射波波數k；

其中，b＞1，K₀＝2π/λ₀，k＝2π/λ，1＜s＜2；

步驟2：根據海面模擬參數和雷達參數計算海表面高度，設海表面高度為：

其中，N為海浪正弦分量數，其取值滿足b^N-b^N-1≥10；σ為海表面高度ξ(x，t)的標準方差，σ與有效波高h_s的關系為：h_s＝4σ；C為歸一化常數，

ω_n為第n支海浪分量的諧波角頻率，，bⁿ為第n支海浪的幅度和頻率尺度因子，g為重力加速度；是第n支海浪的波相位；C₀為海流流速；

步驟3：利用惠更斯原理、克西霍夫近似以及狄拉克格林函數，根據海表面高度ξ(x，t)反演雷達后向散射系數γ，γ的表達式為：

其中，J_pn為貝塞爾函數，p＝(p₀，p₁，…p_n…p_N-1)^T，T為轉置運算符號；為時間相位函數：

其中

步驟4：根據雷達后向散射系數γ推導出歸一化后向雷達散射截面σ₀，σ₀的表達式為：

σ₀＝20log₁₀γ (3)