[发明专利]基于海杂波的低空电磁波传播特性估计方法

说明书

技术领域

本发明涉及的基于海杂波功率谱估计的低空大气折射率特征参数及电磁波传播特性评估实现方法，属于海洋环境特征及电磁波传播特性实时估计技术领域。

背景技术

对海洋大气特征及电磁波传播特性的检测与评估是实现对海监测与海上目标探测效能判断的重要条件。目前为了弥补正演方式通过测量海面一定高度处的实时气象参数，基于各大气折射率模型递推得出大气折射率剖面，再结合电磁波传播方程求解得出电磁波在空间的传播因子的方法装备实现困难、成本高、误差大等不足，提出了通过海杂波的功率反演电磁波传播特性的方法，该方法基于对实测海杂波的强度与距离数据变化分析通过遗传算法全局优化搜索大气折射率剖面特征参数，进而求解出电磁波传播衰减量。但是受海情、雷达工作方式等参量的影响海杂波随机性较强，同时影响海杂波的多参量之间存在复杂的相互依赖性，因此通过建立海杂波模型来获取具有一定可信度和精度的海杂波强度，需要经过较长的试验验证过程。因此，寻求其它实用、简便、并能够实时准确估计低空电磁波传播特性的技术成为日益重要的发展方向。

发明内容

本发明的目的在于针对目前基于气象数据、海杂波功率估计海洋环境参数及电磁波传播衰减特性工程实现困难、成本高、误差大等问题，提供了一种基于海杂波功率谱估计的采用正演加反演方式估计海洋环境特性参数及电磁波传播衰减特性的技术及其实现方法。该方法主要通过对海雷达回波数据经分离优解得到海杂波数据及其特征参数，采用相关图法进行功率谱估计；然后假设一种大气折射率模型，将该模型中的随机环境参数代入电磁波传播模型，结合电磁波距离扩散方程及海杂波模型计算出海杂波功率谱变化，模型计算出的海杂波功率谱与实际试验中测得的海杂波功率谱的谱峰值、谱峰位置及谱宽进行比对后，利用粒子群算法反演出实际的大气折射率剖面；最后对大气折射率剖面参数进行后验估计，验证反演准确率，并绘制出大气折射率剖面图和电磁波传播衰减曲线图。其特征在于：

1)基于雷达回波的海杂波特征参数分离优解技术特征在于：对采集的雷达回波信号进行平滑滤波，以抑制雷达系统噪声；采用了通过傅里叶变换计算多普勒频移，并结合对雷达回波的空间分布、幅度统计特性、时间相关性、频谱特性以及时频二维特性的分析，将海杂波数据从雷达回波数据中进行分离。对分离出的海杂波数据，本发明采用数字正交滤波、脉冲压缩和相位检波，形成海杂波视频数据，通过相关图法估计出海杂波功率随频率的变化。

2)基于海杂波功率谱估计的海洋大气折射率剖面参数匹配寻优估计方法其特征在于：根据实测的海杂波功率谱估计，结合电磁波传播模型、海洋环境物理模型及海杂波模型，利用粒子群算法对大气折射率剖面参数进行优化搜索，并实现后验估计，解决了基于气象数据、海杂波功率进行大气折射率剖面和电磁波传播衰减估计的多种不足。

建立大气折射率模型时，为反映海洋环境的动态特性，对大气折射率模型在空间范围内进行细化，距离步进为200km，垂直高度为100m，高度步进为1m；然后，根据电磁波传播模型，利用随机环境参数计算出电磁波传播的衰减因子，再根据海洋环境物理模型及海杂波模型，估计出海杂波功率谱变化，并与实测的随距离离散化的海杂波功率谱进行比对，在环境参数的取值范围内采用神经网络方法进行循环搜索，直至搜索出环境参数的最优解。其中本发明为了解决海杂波的随机性对反演准确度的影响，每30分钟利用实际采集的雷达回波数据，对海杂波模型进行一次修正；最后，通过奇异值分解对大气折射率剖面模型进行后验估计，检查基于最优解的大气折射率剖面与实测的大气折射率剖面的符合程度，若两者误差较大，修正大气折射率剖面模型，重新反演。

本发明技术实现软件平台为Visual Studio 2005，硬件平台为双核处理器、主频2.8GHz、3GB内存，操作系统为Windows XP。在软件设计中，为了提高故障排查隔离率，算法可替换性以及工程的稳定性，本发明采用了模块化设计，对各模型算法进行了封装，以.DLL动态数据链接库的方式进行调用。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：能够实时、准确地估计海洋探测环境特性参数及电磁波传播特性；能够实现在对海雷达上进行嵌入式加载，除数据采集器外，无其它额外设备。该方法工程实现简单，在双核处理器上可以实现实时处理，军事隐蔽性好，成本低，且工程软件实现时高度集成化，故障排除能力强，稳定性较高。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是海杂波特征参数分离优解处理流程图；

图2是大气折射率剖面参数反演流程图。

具体实施方式