[發(fā)明專利]一種獲取高真實(shí)感海浪泡沫光散射系數(shù)的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710720579.2
• 申請(qǐng)日: 2017-08-21
• 公開（公告）號(hào): CN108536884B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳鑫;夏仁杰;黃曦;孫浩;張建奇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G01C13/00
• 代理公司: 西安嘉思特知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61230
• 代理人: 劉長(zhǎng)春

本發(fā)明涉及一種獲取高真實(shí)感海浪泡沫光散射系數(shù)的方法，包括：獲取海浪參數(shù)；根據(jù)所述海浪參數(shù)，建立海浪運(yùn)動(dòng)模型，得到海浪高度場(chǎng)分布；根據(jù)所述海浪高度場(chǎng)分布，疊加海浪泡沫的分布模型，得到海面泡沫的混合狀態(tài)分布；根據(jù)所述海面泡沫的混合狀態(tài)分布，求解矢量輻射傳輸方程得到海浪泡沫的光散射系數(shù)。本發(fā)明從構(gòu)建海浪高度場(chǎng)出發(fā)，考慮不同海況、天氣條件、不同泡沫尺寸及混合比例對(duì)光在泡沫中傳播的影響，建立氣泡水滴混合狀態(tài)的海浪泡沫的消溶模型，生成不同混合模式下海浪泡沫的物理模型，即海面泡沫的混合狀態(tài)分布，繼而構(gòu)建矢量輻射傳輸方程，實(shí)現(xiàn)海浪泡沫光散射系數(shù)的實(shí)時(shí)計(jì)算。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于海洋物理學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種獲取高真實(shí)感海浪泡沫光散射系數(shù)的方法。

背景技術(shù)

隨著多維光電探測(cè)手段的提高，實(shí)時(shí)獲取與處理海面光電特性信息的需求不斷增長(zhǎng)。海浪泡沫作為一種常見的海面自然現(xiàn)象，由于海浪泡沫的存在會(huì)嚴(yán)重影響海面的光學(xué)特性，因此，探尋其光的散射特性是一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)性研究。在一定風(fēng)速的影響下，破碎的海浪與空氣進(jìn)行混合，在海面上會(huì)產(chǎn)生一部分泡沫覆蓋層。根據(jù)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)風(fēng)速大于7米/秒時(shí)，海洋表面會(huì)產(chǎn)生白水，稱為海浪泡沫，又稱泡沫白帽，且海浪泡沫量會(huì)隨著風(fēng)速的增加而增加，當(dāng)風(fēng)速超過25米/秒時(shí)，約三分之一的海面將被泡沫覆蓋。光與海浪泡沫作用時(shí)會(huì)發(fā)生多重反射與折射，且海浪泡沫的不同尺寸、濃度和鹽度等屬性對(duì)光的散射系數(shù)影響不同，從而會(huì)改變海面的光譜散射特性。

現(xiàn)階段對(duì)海浪泡沫的研究主要集中在粗糙海面上電磁波的雙站散射和熱發(fā)射率的理論計(jì)算上，通常需要經(jīng)過復(fù)雜的數(shù)值運(yùn)算，如求解一定邊界條件下的VRT(VectorRadiative Transfer，矢量輻射傳輸)方程、波譜的傅里葉變換以及海面幾何起伏的動(dòng)態(tài)變換N-S(Navier-Stokes)方程等過程。

由于受海浪泡沫對(duì)光散射的影響，無論是主動(dòng)式還是被動(dòng)式的海上目標(biāo)探測(cè)，海浪泡沫都會(huì)嚴(yán)重影響探測(cè)信號(hào)的能量分布。現(xiàn)有的海浪泡沫散射系數(shù)計(jì)算方法大都是將海浪泡沫假設(shè)成在海面上平鋪的一層均勻電介質(zhì)層，而海浪泡沫并不是均勻的，與實(shí)際情況不相符，這種海浪泡沫的假設(shè)對(duì)獲得的海浪泡沫散射系數(shù)誤差較大，可信度較低。對(duì)于涉及海浪監(jiān)測(cè)的應(yīng)用，會(huì)很大程度上減小光電目標(biāo)檢測(cè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確度。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種誤差較小、可信度較高、監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確較高的獲取高真實(shí)感海浪泡沫光散射系數(shù)的方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種獲取高真實(shí)感海浪泡沫光散射系數(shù)的方法，包括：

獲取海浪參數(shù)；

根據(jù)所述海浪參數(shù)，建立海浪運(yùn)動(dòng)模型，得到海浪高度場(chǎng)分布；

根據(jù)所述海浪高度場(chǎng)分布，疊加海浪泡沫的分布模型，得到海面泡沫的混合狀態(tài)分布；

根據(jù)所述海面泡沫的混合狀態(tài)分布，求解矢量輻射傳輸方程得到海浪泡沫的光散射系數(shù)。

進(jìn)一步地，所述海面泡沫的混合狀態(tài)分布符合高斯分布。

進(jìn)一步地，所述海浪高度場(chǎng)分布為：

其中，N和M分別表示FFT的網(wǎng)格大小，X為海浪空間指定網(wǎng)格點(diǎn)的位置矢量，h(X,t)為點(diǎn)X處在t時(shí)刻的波高，t是時(shí)間，K為波數(shù)二維矢量，表示波高的傅里葉變換。

進(jìn)一步地，所述海面泡沫的混合狀態(tài)分布為：

ω₁+ω₂＝1，