[发明专利]一种空基高频雷达海面散射系数的估计方法

说明书

本发明提出了一种空基高频雷达海面散射系数的估计方法。本发明构建线性和非线性海面波高的傅里叶级数，进一步通过微扰分析法构建线性与非线性波高系数之间的关系模型，建立有向海浪谱与线性波高系数的关系模型；构建入射场电场强度，结合入射场电场强度通过微扰法依据傅里叶级数构建海面近处散射场电场沿X和Z轴方向上的分量，进一步构建海面远处散射场磁场的垂直极化场强分量模型；构建海面远处散射场磁场的垂直极化场强分量的时间自相关模型，使用傅里叶变换进一步构建海面散射系数模型。海面散射系数的估算为用于海洋遥感的空基高频雷达的参数设计提供了可靠依据，并且也是空基高频雷达海洋回波信号的反演工作的理论基础。

技术领域

本发明属于高频雷达海洋遥感领域，尤其涉及一种空基高频雷达海面散射系数的估计方法。

背景技术

由于高频/超高频电磁波的波长与海洋中的重力波波长接近，高频/超高频海洋雷达的海洋回波中包含了丰富的海洋信息。目前世界上的许多国家都采用岸基高频雷达来获取海洋表面的流场、风场和浪场信息，这些雷达的最远探测距离到250km，时间分辨率从10分钟到1小时不等，空间分辨率从300m到5km不等。岸基高频雷达为近岸的海洋观测提供了大量的数据，一定程度上满足了近岸海洋表面观测的需求。

近些年来随着电子技术的进步，空基或者星载雷达技术得到了飞速发展。雷达的体积越来越小，研制空基或星载雷达、发射卫星和租用飞机的费用都变得更低，这使得研制机载或者星载高频/超高频海洋探测雷达成为了可能。然而目前关于空基高频雷达海洋遥感的理论研究并不多，同时硬件设计经验也比较少，所以如何设计和制造空基高频雷达仍需要进一步的研究。

发明内容

本发明主要是分析高频电磁波与海浪的相互作用，在理论上计算海面散射系数，为设计和研制用于海洋观测的空基高频雷达提供理论指导，并且为雷达海洋回波的反演提供了理论基础。

一种空基高频雷达海面散射系数的估计方法，包括以下步骤：

步骤1，构建线性海面波高的傅里叶级数、非线性海面波高的傅里叶级数，进一步通过微扰分析法构建线性波高系数与非线性波高系数之间的关系模型，建立有向海浪谱与线性波高系数的关系模型；

步骤2，构建入射场电场强度，结合入射场电场强度通过微扰法依据傅里叶级数构建海面近处散射场电场沿X轴方向上的分量，结合入射场电场强度通过微扰法依据傅里叶级数构建海面近处散射场电场沿Z轴方向上的分量，进一步构建海面远处散射场磁场的垂直极化场强分量模型；

步骤3，根据海面远处散射场磁场的垂直极化场强分量模型构建海面远处散射场磁场的垂直极化场强分量的时间自相关模型，对海面远处散射场磁场的垂直极化场强分量的时间自相关模型进行傅里叶变换得到海面散射系数模型。

作为优选，步骤1所述构建线性海面波高的傅里叶级数为：

以空间位置坐标(x，y)和时间t为自变量，建立线性海面波高f⁽¹⁾(x，y，t)的傅里叶级数：

其中，π是圆周率，e是自然底数，i表示虚数单位，m、n、l分别表示x、y、t方向上的谐波次数，m、n、l分别表示x、y、t方向上的谐波次数，m、n、l的取值范围分别是[-M₁，M₁]、[-M₁，M₂]、[-M₃，M₃]内的任意整数，散射面元边长L是傅里叶级数展开在x和y上的基本周期，T是傅里叶级数展开在t上的基本周期，p₁(m，n，l)是(m，n，l)次谐波分量的傅里叶系数，p₁(m，n，l)又称为线性波高系数，对于任意组m、n、l的取值，p₁(m，n，l)是一个零均值的高斯随机变量；

步骤1所述非线性海面波高的傅里叶级数为：