[發明專利]一種空基高頻雷達海面散射系數的估計方法

有效

• 申請號: 202010903703.0
• 申請日: 2020-09-01
• 公開（公告）號: CN112130122B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 趙晨;丁凡;陳澤宗;李健
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01S7/40
• 分類號: G01S7/40;G01R29/14;G01R33/02
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 許蓮英

本發明提出了一種空基高頻雷達海面散射系數的估計方法。本發明構建線性和非線性海面波高的傅里葉級數，進一步通過微擾分析法構建線性與非線性波高系數之間的關系模型，建立有向海浪譜與線性波高系數的關系模型；構建入射場電場強度，結合入射場電場強度通過微擾法依據傅里葉級數構建海面近處散射場電場沿X和Z軸方向上的分量，進一步構建海面遠處散射場磁場的垂直極化場強分量模型；構建海面遠處散射場磁場的垂直極化場強分量的時間自相關模型，使用傅里葉變換進一步構建海面散射系數模型。海面散射系數的估算為用于海洋遙感的空基高頻雷達的參數設計提供了可靠依據，并且也是空基高頻雷達海洋回波信號的反演工作的理論基礎。

技術領域

本發明屬于高頻雷達海洋遙感領域，尤其涉及一種空基高頻雷達海面散射系數的估計方法。

背景技術

由于高頻/超高頻電磁波的波長與海洋中的重力波波長接近，高頻/超高頻海洋雷達的海洋回波中包含了豐富的海洋信息。目前世界上的許多國家都采用岸基高頻雷達來獲取海洋表面的流場、風場和浪場信息，這些雷達的最遠探測距離到250km，時間分辨率從10分鐘到1小時不等，空間分辨率從300m到5km不等。岸基高頻雷達為近岸的海洋觀測提供了大量的數據，一定程度上滿足了近岸海洋表面觀測的需求。

近些年來隨著電子技術的進步，空基或者星載雷達技術得到了飛速發展。雷達的體積越來越小，研制空基或星載雷達、發射衛星和租用飛機的費用都變得更低，這使得研制機載或者星載高頻/超高頻海洋探測雷達成為了可能。然而目前關于空基高頻雷達海洋遙感的理論研究并不多，同時硬件設計經驗也比較少，所以如何設計和制造空基高頻雷達仍需要進一步的研究。

發明內容

本發明主要是分析高頻電磁波與海浪的相互作用，在理論上計算海面散射系數，為設計和研制用于海洋觀測的空基高頻雷達提供理論指導，并且為雷達海洋回波的反演提供了理論基礎。

一種空基高頻雷達海面散射系數的估計方法，包括以下步驟：

步驟1，構建線性海面波高的傅里葉級數、非線性海面波高的傅里葉級數，進一步通過微擾分析法構建線性波高系數與非線性波高系數之間的關系模型，建立有向海浪譜與線性波高系數的關系模型；

步驟2，構建入射場電場強度，結合入射場電場強度通過微擾法依據傅里葉級數構建海面近處散射場電場沿X軸方向上的分量，結合入射場電場強度通過微擾法依據傅里葉級數構建海面近處散射場電場沿Z軸方向上的分量，進一步構建海面遠處散射場磁場的垂直極化場強分量模型；

步驟3，根據海面遠處散射場磁場的垂直極化場強分量模型構建海面遠處散射場磁場的垂直極化場強分量的時間自相關模型，對海面遠處散射場磁場的垂直極化場強分量的時間自相關模型進行傅里葉變換得到海面散射系數模型。

作為優選，步驟1所述構建線性海面波高的傅里葉級數為：

以空間位置坐標(x，y)和時間t為自變量，建立線性海面波高f⁽¹⁾(x，y，t)的傅里葉級數：

其中，π是圓周率，e是自然底數，i表示虛數單位，m、n、l分別表示x、y、t方向上的諧波次數，m、n、l分別表示x、y、t方向上的諧波次數，m、n、l的取值范圍分別是[-M₁，M₁]、[-M₁，M₂]、[-M₃，M₃]內的任意整數，散射面元邊長L是傅里葉級數展開在x和y上的基本周期，T是傅里葉級數展開在t上的基本周期，p₁(m，n，l)是(m，n，l)次諧波分量的傅里葉系數，p₁(m，n，l)又稱為線性波高系數，對于任意組m、n、l的取值，p₁(m，n，l)是一個零均值的高斯隨機變量；

步驟1所述非線性海面波高的傅里葉級數為：