[发明专利]等效海面仿真缩比方法及系统

说明书

本发明提供了一种等效海面仿真缩比方法及系统。该方法包括：根据海水的含盐量，以及真实海面的介电常数，换算海面缩比试验场的介电常数；分别获取真实海面与海面缩比试验场的海浪功率谱；根据真实海面及海面缩比试验场的海浪功率谱之间的比例关系，获取缩比系数；根据缩比系数，换算海面缩比试验场的几何缩比参数；根据换算得到的介电常数及几何缩比参数，建立海面缩比试验场。本发明提供的等效海面仿真缩比方法及系统能够建立实验室海面缩比实验场，实现实验室海面微波散射测量。

技术领域

本发明涉及海洋探测技术领域，特别是涉及一种等效海面仿真缩比方法及系统。

背景技术

目前，星载海洋雷达观测技术发展迅速，海面电磁散射理论模型日益成熟，但缺少载荷前期海洋场景预研能力以及实际可靠的验证数据对二者进行支撑。为了在卫星发射前期充分分析不同海况条件下海面回波信息，为新型海洋雷达传感器的研发提供理论与数据支持，需要在实验室内进行海洋仿真测量，开展可控环境下海面场景仿真微波散射测量实验。然而实验室测量测量海洋场景具有一定困难，第一，海水具有腐蚀性，以容器等方式在实验室内存放具有一定危险性；另外，真实海况下，风速最大可达到20m/s甚至更大，实验室内产生高风速同样具备危险性。因此，考虑到海水组成、海况等客观因素，实验室内无法完全复原真实海洋场景，需要结合仿真方法对海洋场景进行模拟，通过实验室模拟缩比模型进而等效得到理想的海面。

在实际的实验室模拟测量中，考虑到实验室模拟测量安全与效率问题，难以实现与外场实际海面相似模拟，这给实验室测量结果分析与理论建模带来了困难。

缩比模型已经广泛地应用于工程测量中，可以为实验分析或设计提供必要的信息、能够为目标雷达散射截面的预估提供一个重要的方法，还能够为通过其他手段得到的近似值提供独立的验证。电磁缩比测量的基本原理为：如果几何尺寸、工作波长、电磁场强度等各参量都相应地按比例缩小，那么模拟系统的雷达特性和原型系统（全尺寸系统）的特性相同。对于缩比粗糙海面散射相关问题，利用电磁缩比测量的方法对粗糙海面环境背景前向电磁散射特性开展测量研究。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种等效海面仿真缩比方法及系统，能够建立实验室海面缩比实验场，实现实验室海面微波散射测量。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种等效海面仿真缩比方法，所述方法包括：根据海水的含盐量，以及真实海面的介电常数，换算海面缩比试验场的介电常数；分别获取真实海面与海面缩比试验场的海浪功率谱；根据真实海面及海面缩比试验场的海浪功率谱之间的比例关系，获取缩比系数；根据缩比系数，换算海面缩比试验场的几何缩比参数；根据换算得到的介电常数及几何缩比参数，建立海面缩比试验场。

在一些实施方式中，真实海面的介电常数由如下公式给出：

其中，表示入射电磁波频率，表示静态介电常数，表示海水张弛时间，表示海水张弛时间的初始值，表示离子电导率，二者均是海水盐度和温度的函数，表示自由空间介电常数，表示静态介电常数的一阶导数，表示静态介电常数的二阶导数。

在一些实施方式中，海浪视为N个不同尺度、波数、相位正弦波的随机叠加。

在一些实施方式中，海浪由如下公式给出：

其中，表示海面在位置处于某一时刻时的海面高度，表示像元位置，表示不同尺度海浪的振幅，且有，表示海浪角频率，根据海浪弥散关系可表示为，表示海浪初始相位，表示波数，表示重力加速度。

在一些实施方式中，海面采样点数、采样间隔和离散波数则需要满足：

其中，表示海面缩比试验场的海面采样点数，表示真实海面的海面采样点数，表示海面缩比试验场的采样间隔，表示真实海面的采样间隔，表示海面缩比试验场的离散波数，表示真实海面的离散波数。