[發明專利]多視向SAR海浪譜數據融合的海浪截斷波長補償方法

有效

• 申請號: 201910784233.8
• 申請日: 2019-08-19
• 公開（公告）號: CN110456348B
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發明（設計）人: 萬勇;戴永壽;張曉宇;李立剛;孫偉峰;周鵬
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 黃海麗

1.多視向SAR海浪譜數據融合的海浪截斷波長補償方法，其特征是，包括：

進行多視向SAR海浪同步數據模擬仿真，仿真得到包含多顆SAR衛星的虛擬衛星組網，獲得每顆SAR衛星的海浪同步數據；進而獲得多視向SAR海浪同步數據；

基于多視向SAR海浪同步數據，運用MPI算法對各單星SAR海浪同步數據進行反演，得到各單星SAR海浪同步數據的最適海浪譜，估算各單星海浪同步數據的截斷波長；

根據方位角與截斷波長的關系確定各單星SAR海浪同步數據的最適海浪譜的融合權值，根據各單星SAR海浪同步數據的最適海浪譜的融合權值對反演得到的最適海浪譜進行數據融合，融合之后得到多星融合之后的最適海浪譜；

基于多星融合之后的最適海浪譜，分別估算融合前后的最適海浪譜對應的截斷波長，實現截斷波長補償；

基于多視向SAR海浪同步數據，運用MPI算法對各單星SAR海浪同步數據進行反演，得到各單星SAR海浪同步數據的最適海浪譜；具體步驟包括：

MPI算法描述了二維海浪譜到SAR圖像譜的映射關系，通過初猜海浪譜，構造價值函數，通過迭代使價值函數最小化后，輸出最適海浪譜和最適SAR譜；

所述進行多視向SAR海浪同步數據模擬仿真，仿真得到包含多顆SAR衛星的虛擬衛星組網，獲得每顆SAR衛星的海浪同步數據；進而獲得多視向SAR海浪同步數據；具體步驟包括：

S11：進行多視向SAR海浪同步數據模擬仿真，仿真得到包含多顆SAR衛星的虛擬衛星組網；模擬生成海浪譜；

所述模擬生成海浪譜，是向二維PM波數方向譜輸入波數、方向和風速，實現模擬生成海浪譜；

所述采用二維PM波數方向譜實現模擬生成海浪譜；具體步驟如下：

其中，a＝0.0081；b＝0.74；g₀為重力加速度，取9.81；K代表波數；U_19.5是海面19.5m高度處的風速；φ是海浪傳播方向；φ_m是主波波向，主波波向取值為風向角；φ-φ_m代表的是海浪方向角，即海浪傳播方向與風向的夾角，S_PM(k,φ)表示模擬生成的海浪譜；

基于模擬生成的海浪譜，模擬生成二維海面；所述模擬生成二維海面，是向蒙特卡洛算法中輸入二維PM波數方向譜，模擬生成二維海面；

所述模擬生成二維海面，具體步驟是：首先，生成二維高斯白噪聲，其次，運用二維PM波數方向譜對白噪聲進行線性濾波，得到海面高度起伏函數的傅里葉變換，對其做傅里葉逆變換即可得到二維海面；

S12：基于二維海面，計算海面電磁后向散射系數；所述計算海面電磁后向散射系數，是選用雙尺度電磁散射模型來進行計算；

S13：基于海面電磁后向散射系數，生成二維海面的回波信號；所述生成二維海面的回波信號，是運用時域回波算法生成二維海面的回波信號；

S14：對海面回波信號進行處理，得到多視向SAR海浪同步數據；

所述對海面回波信號進行處理，得到多視向SAR海浪同步數據；具體步驟為：

在單顆SAR的工作模式為正側視時，應用RD成像算法處理回波信號得到單個視向的SAR海浪同步數據；因為模擬包含多顆SAR的衛星組網，所以仿真獲取多視向SAR海浪同步數據；

采用蒙特卡洛算法模擬生成二維海面；具體步驟如下：

海面高度起伏函數f(x_m,y_n)的表達公式：

其中，L_x代表要產生的二維隨機粗糙面在x方向的長度，L_y代表要產生的二維隨機粗糙面在y方向的長度，為二維PM波數波數譜，可由二維PM波數方向譜轉換得到；為距離向的波數；為方位向的波數；N(0,1)表示均值為0、方差為1的服從高斯分布的隨機數；

其中，

所述計算海面電磁后向散射系數，是選用雙尺度電磁散射模型來進行計算；

選用雙尺度電磁散射模型計算海面電磁后向散射系數：

其中，k代表SAR電磁散射波數；θ_i'為雷達觀測入射角；ε代表海水介電常數，可由Debye公式計算得到，取常用值59.61-34.37i；U_VV是垂直極化因子；

所述生成二維海面的回波信號，是運用時域回波算法生成二維海面的回波信號；

運用時域回波算法生成海面回波信號：

n＝1,2,3…N；m＝1,2,3…M

其中，σ為點目標的后向散射截面,ω表示天線雙向幅度加權，τ_n表示SAR發射第n個脈沖時間；exp[jπK_r(t-n·PRT-2R(s；r)/C)²]為chirp分量，決定距離向分辨率，為doppler分量，決定方位向分辨率；

所述對海面回波信號進行處理，得到多視向SAR海浪同步數據；具體步驟為：

在單顆SAR的工作模式為正側視時，應用RD成像算法處理回波信號得到單個視向的SAR海浪同步數據；

價值函數的定義為：

其中，F(k)是初猜海浪譜；F(k)是最適海浪譜；P(k)是觀測SAR圖像譜；P(k)是最適SAR圖像譜；μ是反映初猜譜和觀測SAR圖像譜的相對置信區間的權重值；B是小正數，防止分母為零；

估算各單星海浪數據的截斷波長的公式：

其中，

其中，β代表距離速度比，R是SAR平臺到成像目標之間的斜距，V是SAR平臺運行速度，是距離向速度調制傳遞函數，是頻率，g＝9.81m/s²是重力加速度，θ是SAR入射角，k_r是波數矩陣k在距離向的分量，F(k)是海浪波數譜；k_r和k滿足如下關系：

式中，是海浪傳播方向與SAR距離向之間的夾角。