[发明专利]一种海面风场、海浪和海流的联合观测方法

权利要求书

1.一种海面风场、海浪和海流的联合观测方法，该方法包括：

步骤1)海风、海浪和海流探测微波散射计在中等入射角下，向海面发射一组差频脉冲信号，接收其回波信号，通过差频干涉测量的方法，获取海浪不同波长分量；

步骤2)海风、海浪和海流探测微波散射计在中等入射角下，同时向海面发射脉冲信号，接收其返回的后向散射回波信号，利用天线的圆锥扫描，得到不同方位角下的海面后向散射系数和多普勒频移；

步骤3)利用步骤1)获取的海浪不同波长分量，反演得到海面海浪谱信息；

步骤4)根据步骤2)得到不同方位角下的海面后向散射系数，计算海面归一化后向散射系数，根据海面归一化后向散射系数与海面风场的关系，建立反演模型，反演得到海面风场信息；

步骤5)根据步骤3)得到的海面海浪谱信息和步骤4)反演得到的海面风场信息，再基于海面多普勒谱，估计海面风场和海浪引起的多普勒频移；

步骤6)根据步骤2)得到的多普勒频移减去由卫星平台运动引起的多普勒频移，以及步骤5)得到的海面风场和海浪引起的多普勒频移，估计由海面流场引起的多普勒频移，进而反演得到海面流场信息。

2.根据权利要求1所述的海面风场、海浪和海流的联合观测方法，其特征在于，所述海风、海浪和海流探测微波散射计为真实孔径雷达，其入射角为30-70度的中等入射角。

3.根据权利要求1所述的海面风场、海浪和海流的联合观测方法，其特征在于，所述步骤1)具体包括：

利用海风、海浪和海流探测微波散射计在中等入射角下，向海面发射第i组差频脉冲信号，接收其回波信号，第i组差频脉冲信号的发射频率为起始频率为f₁，终止频率为f₂，利用Δk算法，可以得到海浪谱的不同波长分量；

其中，θ为雷达的中等入射角，λ为利用第i组差频脉冲可测得的海浪谱的波长；

其中，c为光速；

利用一组差频信号，可以实现对海浪谱特定波长分量的一次观测，则采用步进差频的信号发射方式，通过散射计发射多组差频脉冲信号，则可以实现对海浪谱不同波长分量的观测。

4.根据权利要求1所述的海面风场、海浪和海流的联合观测方法，其特征在于，所述步骤2)具体包括：

海风、海浪和海流探测微波散射计在中等入射角下，向海面发射电磁波脉冲信号，接收其返回的后向散射的回波信号，该回波信号包括幅度和相位信息，基于雷达方程：

其中，P_r是雷达接收机的回波功率；P_t是发射功率；G_t是发射天线的增益，G_r是接收天线的增益；λ是发射电磁波的波长；R是雷达与探测目标的距离；σ是当前入射角下的被照射面元的海面后向散射系数；

将公式(25)改写为：

根据公式(26)，计算当前入射角下的被照射面元的海面后向散射系数；

对散射计的连续两次的回波信号(S₁、S₂)求复相关，可得到连续两次回波信号的复相关系数γ：

进而可以得到雷达连续两次观测的干涉相位

根据干涉相位与多普勒频移的关系，计算当前方位角下的多普勒频移f_d：

其中，τ为两次回波信号的时间差；

利用天线的圆锥扫描，得到不同方位角下的海面后向散射系数和多普勒频移。

5.根据权利要求4所述的海面风场、海浪和海流的联合观测方法，其特征在于，所述步骤4)具体包括：

步骤4-1)根据步骤2)得到不同方位角下的海面后向散射系数σ，计算每个风矢量单元的归一化后向散射系数σ₀：

σ＝∫σ₀dA≈σ₀A (30)

其中，A是照射面积；

结合公式(26)和公式(30)，获得海面后向散射系数σ与归一化后向散射系数σ₀的关系：

从而得到每个风矢量单元的归一化后向散射系数；

步骤4-2)根据风矢量与步骤4-1)得到的归一化后向散射系数之间的关系，基于地球物理模式函数，反演每个风矢量单元的风速和风向；

步骤4-3)对步骤4-2)得到的每个风矢量单元的风速和风向进行质量控制和模糊解去除处理，最终反演得到风速和风向信息，并将其作为海面风场信息。