[发明专利]一种油膜覆盖非线性海面的电磁散射建模方法

说明书

本发明涉及一种油膜覆盖非线性海面的电磁散射建模方法，包括：建立油膜覆盖非线性海面几何轮廓模型；根据油膜覆盖非线性海面几何轮廓模型，建立油膜覆盖海面的后向散射回波模型；验证油膜覆盖海面的后向散射回波模型的有效性。本发明克服了现有Lomb修正模型无法考虑油膜厚度和气象条件对海面几何轮廓影响的缺陷，可以真实地模拟油膜覆盖海面的几何轮廓；同时采用基于迭代思想的高频方法避免了传统高频和低频算法脱离实际情况的缺陷，可用于分析海面漂浮油膜时电磁波的入射角、风速、油膜的厚度、种类等参数对海面雷达散射截面以及多普勒谱展宽和频移的影响规律。

技术领域

本发明属于石油勘探领域，具体涉及一种油膜覆盖非线性海面的电磁散射建模方法。

背景技术

近年来，随着我国海洋石油勘探开发的飞速发展，来自钻井船和采油平台的大量含油污水、船舶碰撞搁浅和触礁事故导致的外泄燃油等排入海洋，在很大程度上对我国海域的自然环境造成了恶劣的影响。目前，海洋表面油膜的监测及检测主要通过遥感手段进行，通过光谱特征分析探测油膜的遥感技术包括多/高光谱、热红外、激光荧光等。其中作为典型代表的高光谱遥感将成像技术与光谱技术结合在一起，获取的图像包含了丰富的空间、辐射和光谱三重信息，目前已成为薄油膜监测和检测的重要手段。但基于光谱特征分析的遥感系统多受海面上方复杂气象条件的制约，对于发生在浓雾天气或夜间时段的溢油事故，难以做到及时准确的预报。

微波雷达遥感由于能穿透云雾，受天气因素干扰较小，可全天候、全天时工作，成为海上溢油的重要监测手段，适合监测低能见度下海上溢油事故的发生，真正做到早预报、早发现。现有技术中基于马朗戈尼阻尼效应，采用Lomb修正模型对海面的高度谱函数-Elfouhaily谱进行修正，构建油膜覆盖海面的几何轮廓模型，简单分析油膜的阻尼作用对基于Elfouhaily谱海面轮廓的影响，进而利用高频近似方法或者低频数值方法研究油膜对海面多普勒的影响。

现有的Lomb修正模型认为油膜引起的阻尼作用可用马朗戈尼波和拉普拉斯波的耦合理论来解释，该修正模型是一种最简单的物理修正模型，无法考虑油膜厚度对海面轮廓的影响，并且只适用于平静海面，即无风情形，这与多数情况下的实际海面气象条件并不相符，由于海面轮廓对于构建电磁散射模型以及多普勒分析的影响较大，故按照现有的方案仿真油膜覆盖海面的电磁散射模型误差较大，基于散射模型的多普勒误差也就较大，因此Lomb修正模型存在很大的缺陷。同时高频近似算法将油膜覆盖海面的分层介质模型简化为单层介质情形，仿真模型存在较大程度上的简化，无法保障数值建模的精度。低频数值算法计算效率过低，并且对于油膜厚度有所限制，即油膜厚度越薄，计算结果越难以收敛，导致仿真结果精度较低。

发明内容

为了解决现有技术中存在的所述问题，本发明提出了一种油膜覆盖非线性海面的电磁散射建模方法，本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明实施例提供了一种油膜覆盖非线性海面的电磁散射建模方法，包括：

建立油膜覆盖非线性海面几何轮廓模型；

根据所述油膜覆盖非线性海面几何轮廓模型，建立油膜覆盖海面的后向散射回波模型；

验证所述油膜覆盖海面的后向散射回波模型的有效性。

在本发明的一个实施例中，所述建立油膜覆盖非线性海面几何轮廓模型，包括：

根据局部平衡修正模型对干净海面的功率谱密度函数进行修正得到油膜覆盖海面的功率谱密度函数；

根据CILR非线性模型对所述油膜覆盖海面的功率谱密度函数进行非线性变换得到油膜覆盖非线性海面的几何轮廓模型。

在本发明的一个实施例中，所述局部平衡修正模型，表达式为：

W_染(K)＝W(K)/y_s