[發(fā)明專利]一種建立改進的波譜儀調(diào)制信號模型的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710297302.3
• 申請日: 2017-04-28
• 公開（公告）號: CN107144826B
• 公開（公告）日: 2019-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳萍;周夢怡;汪承明
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41;G01S13/95
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 梁鵬;曹葆青

本發(fā)明屬于海浪微波遙感領(lǐng)域，并公開了一種建立改進的波譜儀調(diào)制信號模型的方法。該方法包括下列步驟：(a)建立全局和局地坐標系，求得局地坐標系下斜率的距離分量；(b)計算散射截面隨該波譜儀波速入射角的相對變化量；(c)將波譜儀散射截面相對變化量進行二階泰勒展開；(d)將二階展開式帶入調(diào)制信號表達式中得到改進的調(diào)制信號模型。通過本發(fā)明，提高了波譜儀海面調(diào)制信號表達的精確度，在此基礎(chǔ)上能獲取更精確的海浪方向譜，對提高海況預報精度，發(fā)展海洋經(jīng)濟，預警并規(guī)避海洋災害具有重要意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于海浪方向譜微波遙感領(lǐng)域，更具體地，涉及一種建立改進的波譜儀調(diào)制信號模型的方法。

背景技術(shù)

海浪具有隨機性，通常可看作是由不同振幅、任意頻率、傳播方向隨機、相位混雜的正弦波組成，海浪可以用一個海浪能量相對于頻率和方向分布的物理量——海浪方向譜來描述。某時某地海洋波浪場的統(tǒng)計特性(波高，波長，波周期，波向，波陡等)都可通過海浪方向譜計算得到，所以海浪方向譜極為重要。研究表明，將實時海浪方向譜信息同化到海浪模式中，能夠改進全球海洋環(huán)境預報模型并提高海況預報精度，對發(fā)展海洋經(jīng)濟，預警并規(guī)避海洋災害具有重要意義。

合成孔徑雷達(SAR)是目前唯一可進行海浪譜觀測的星載波譜儀，然而，SAR僅能夠提供波長(150m以上)比較大的海浪譜信息，且時間分辨率較長。波譜儀是一種真實孔徑雷達，通過天線的小入射角和360°方位向掃描實現(xiàn)海浪方向譜的高精度測量，且調(diào)制譜與海浪譜之間呈線性關(guān)系，與SAR相比，原理更簡單，處理更容易，可探測波長更小(如50m)；目前，我們正是通過測量波譜儀散射截面的相對變化(調(diào)制信號)來進一步反演得到海浪譜，在對海浪譜反演的研究中，認為波譜儀散射截面的相對變化可近似為長波斜率的一階表達式，事實上這樣的近似帶來的誤差可能是不可忽略的，隨著海洋研究技術(shù)的發(fā)展，對遙感信息的定量化、精確性的要求也越來越高，有必要建立更加精確的波譜儀調(diào)制信號模型，為發(fā)展高精度的海浪譜反演方法打下基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種建立改進的波譜儀調(diào)制信號模型的方法，通過將波譜儀散射截面的相對變化進行二階泰勒展開，加入了二階效應(yīng)，由此解決波譜儀調(diào)制信號模型誤差大，精確性低的技術(shù)問題。

為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明，提供了一種建立改進的波譜儀調(diào)制信號模型的方法，其特征在于，該方法包括下列步驟：

(a)以海平面為基準面建立全局坐標系xoy，以波譜儀觀測方向在所述海平面的投影作為X軸，以所述波譜儀的波束足印中心為原點，建立局地坐標系XOY，通過所述全局坐標系和所述局地坐標系之間的坐標轉(zhuǎn)換，得到海面高度在所述局地坐標系中沿所述X軸方向的斜率ξ_X；

(b)基于所述波譜儀的散射截面σ關(guān)于該波譜儀的海面后向散射系數(shù)σ⁰的表達式，計算該散射截面隨該波譜儀波束入射角θ的相對變化量

(c)將所述散射截面的相對變化量按照所述入射角θ進行二階泰勒展開，并結(jié)合所述散射截面的相對變化量得到展開式f₂，該展開式f₂按照表達式(一)進行，

其中，v是中間變量，φ₁是觀測方位角φ和逆風向角φ₀之差，σ_u是海面高度沿逆風方向的斜率，σ_c是海面高度沿側(cè)風方向的斜率，Δθ是入射角θ的變化量；

(d)將所述展開式f₂帶入二階波譜儀調(diào)制信號模型中，該二階波譜儀調(diào)制信號模型m按照表達式(二)進行，從而得到所需的改進的二階波譜儀調(diào)制信號模型m₂，其中，是方位方向天線的增益，是波譜儀天線方位向的增益角，

進一步優(yōu)選地，步驟(b)包括下列子步驟：