[發明專利]高海情下風雨浪耦合海面散射及高分辨SAR成像計算方法

在審

• 申請號: 202310095348.2
• 申請日: 2023-02-09
• 公開（公告）號: CN116165663A
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發明（設計）人: 張肖肖;劉浩毅;蘇翔;張運啟;李緒平
• 申請（專利權）人: 西安郵電大學
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90
• 代理公司: 西安凱多思知識產權代理事務所(普通合伙) 61290
• 代理人: 劉新瓊

1.一種高海情下風雨浪耦合海面散射及高分辨SAR成像計算方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：利用白冠覆蓋率和降雨修正海譜建立高海情下時變非線性降雨海面幾何模型；

步驟2：考慮降雨環形譜對海面毛細波譜的修正作用，利用降雨修正雙尺度模型求解海面散射系數；

步驟3：利用矢量輻射傳輸理論，求解大氣中降雨粒子的散射與衰減、以及海-氣交界面的雨柱、二次濺射海水滴、泡沫與海面之間的耦合散射；

步驟4：利用速度聚束成像算法對高海情下降雨海面進行高分辨SAR成像。

2.根據權利要求1所述的高海情下風雨浪耦合海面散射及高分辨SAR成像計算方法，其特征在于：所述的步驟1中高海情下時變非線性降雨海面幾何建模，采用降雨修正的海譜模型，線性過濾法結合希爾伯特變換得到非線性海面，利用白冠覆蓋率，結合斜率判據，獲得破碎波和泡沫在降雨海面上的確定性分布。

3.根據權利要求1所述的高海情下風雨浪耦合海面散射及高分辨SAR成像計算方法，其特征在于：所述的步驟2中，海面總散射系數為每個海面小面元的鏡像散射系數與微擾系數的疊加形式：

其中，為入射、散射方向單位矢量，A表示整個海面計算區域的面積，ΔxΔy為單個小面元的面積；P、Q為全局坐標系下的極化方式，M、N分別為沿x與y方向的采樣點數，與各自表達式如下：

其中，p,q表示局部小面元的極化方式，k為入射電磁波波數，ε為海水介電常數，為基爾霍夫近似下的極化因子，為局部小面元的極化因子；為海面斜率，的概率密度分布函數；S_ζ(q_l)為與海譜Ψ_sea(k)相關的參量，其表達式為，S_ζ(q_l)＝Ψ_sea(k)/q_l?q_l為q＝k_s-k_i在切平面上的投影；根據降雨環形譜Ψ_ring(k)對海譜的修正作用，S_ζ(q_l)需要修正為S_ζ(q_l)＝[Ψ_sea(k)+Ψ_ring(k)]/q_l。

4.根據權利要求1所述的高海情下風雨浪耦合海面散射及高分辨SAR成像計算方法，其特征在于：所述的步驟3中利用矢量輻射傳輸理論，求解大氣中降雨粒子的散射與衰減、以及海-氣交界面的雨柱、二次濺射海水滴、泡沫與海面的相互作用；

大氣中降雨粒子的散射系數為：

大氣中降雨粒子的衰減系數為：

因此，經大氣中降雨的散射與衰減后的海面散射系數為：

其中，ε_rain為雨滴相對介電常數，n₀為單位體積內的雨滴數量，θ為入射角，H為降雨厚度，和為與降雨率RR及雨滴尺寸相關的散射矩陣參量；為海氣交界面的海面散射系數，由考慮降雨環形波擾動的海面散射、泡沫粒子散射、以及雨柱、二次濺射的海水滴散射成分組成；

對于由白冠覆蓋率所確定的不含泡沫的面元，后向散射系數表示為經過雨柱與二次濺射海水的隨機粒子層衰減的海面散射系數與多次耦合散射作用之和，即

其中

其中為由步驟2所求得的每個海面小面元的散射系數，d_sd為雨柱與二次濺射海水滴組成的隨機粒子層的層厚度，κ_s，κ_e為根據雨柱和二次濺射的海水滴的概率密度分布所等效得到的等效散射系數和等效消光系數，|R_h0|與|R_v0|為菲涅爾反射系數模值；對于由白冠覆蓋率所確定的含泡沫的面元，后向散射系數可后向散射系數需要將上式中的替換為含有破碎波及泡沫的海面散射系數