[发明专利]一种双频雷达散射计及同时测量海面风场和流场的方法

说明书

本发明公开了一种双频雷达散射计及同时测量海面风场和流场的方法，所述双频雷达散射计包括天线单元、发射机单元和接收机单元；其中，所述天线单元采用窄波束圆锥扫描体制，用于实现旋转笔形波束扫描；所述发射机单元与接收机单元分别连接到天线上；所述发射机单元用于产生发射信号并将发射信号通过天线单元发射出去；信号到达探测目标返回后，由所述天线单元接收返回信号，然后传输到接收机单元，所述接收机单元接收来自不同观测方位角下的回波功率信号和多普勒信息。所述方法通过双频雷达散射计能够实现同时测量海面风场和流场。本发明的方法能够同时获取高精度、宽刈幅覆盖的全球海面风场和流场信息。

技术领域

本发明涉及遥感技术领域，具体而言，涉及一种双频雷达散射计及同时测量海面风场和流场的方法。

背景技术

海面风场是海洋上层运动的主要动力来源，与海洋中几乎所有的海水运动直接相关，是海洋学的重要物理参数之一。在海洋动力学过程中，海面风场不仅是形成海面波浪的直接动力，也是区域和全球海洋环流的动力。风场本身就是海洋大气动力系统中至关重要的因素。在诸如海浪、海流和风暴潮等数值模型中，风场通常需要首先确定，作为输入因子。因此海面风场的测量与分析是海洋动力过程研究的重要基础。海水大规模相对稳定的流动称之为海流，其包括水平流动和垂直流动。海流的成因主要包括：海风引起的风海流；海水密度差异引起的密度流，其中风海流主要是由稳定的盛行风引起，盛行风吹拂海面推动海水随风漂流，并使上层海水带动下层海水流动，形成大规模的海流运动。海流是地球表面热环境的主要调节者，研究海面流场对海洋循环和气候、海洋工程、海况预报、海洋污染等有着重要的意义。

在海洋环境中，海面风场和流场是紧密耦合在一起的，二者相互影响并相互制约。海洋表面风应力驱动海流运动，同时风应力会受到海流的调制。此外，海洋表面风会改变海洋表面的小尺度几何结构，从而影响到海流的运动。海面风场和流场影响着大气和海洋之间的气体、热量、湿度、能量和动量的交换，同时在天气和海洋状态预测以及海洋学和气候研究中起着关键作用。由于海面风场和海面流场相互作用的影响，为精确得到海面流场必须获得海面风场先验信息以消除风场对流场测量的影响。因此，能够在全球范围内同时获得海面风场和海面流场的测量是非常重要的。

现有的海面流场观测手段包括现场测量和遥感测量。现场测量主要包括浮标、随船测量等，地点主要集中在近岸海域，无法进行全球观测。在遥感测量中，地基高频雷达可以实现较高的流速测量精度，但无法进行全球观测；雷达高度计可以实现全球覆盖，但由于其为星下点观测刈幅范围很窄，效率不高，无法实现全球快速覆盖；合成孔径雷达系统复杂、功耗很高，无法进行海面的连续观测，无法实现快速的全球覆盖。并且合成孔径雷达只能提供雷达视向的海洋表面流速度分量，无法得到完整的流场矢量信息。

现有的观测手段(包括现场测量和遥感测量)，都无法实现快速的全球海洋表面风场和流场同时测量，发展一种新的全球海面风场和流场同时观测手段具有重要意义。海面风场和流场的快速全球测量要求测量设备具有较宽的观测刈幅，并且能够实现多个方位角的观测。

发明内容

本发明的目的在于克服目前已有观测手段无法快速实现全球海面风场和流场同时测量的缺陷，提供了一种双频雷达散射计和同时测量海面风场和流场的方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种双频雷达散射计，用于同时测量海面风场和海面流场，所述双频雷达散射计包括天线单元、发射机单元和接收机单元；其中，所述天线单元采用窄波束圆锥扫描体制，用于实现旋转笔形波束扫描；所述发射机单元与接收机单元分别连接到天线上；所述发射机单元用于产生发射信号并将发射信号通过天线单元发射出去；信号到达探测目标返回后，由所述天线单元接收返回信号，然后传输到接收机单元，所述接收机单元接收来自不同观测方位角下的回波功率信号和多普勒信息。

作为上述装置的一种改进，所述天线单元包括反射面天线和扫描伺服机构，所述扫描伺服机构用于控制天线旋转，实现观测刈幅和获取多方位角后向散射及多普勒信息。