[发明专利]高海情下风雨浪耦合海面散射及高分辨SAR成像计算方法

权利要求书

1.一种高海情下风雨浪耦合海面散射及高分辨SAR成像计算方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：利用白冠覆盖率和降雨修正海谱建立高海情下时变非线性降雨海面几何模型；

步骤2：考虑降雨环形谱对海面毛细波谱的修正作用，利用降雨修正双尺度模型求解海面散射系数；

步骤3：利用矢量辐射传输理论，求解大气中降雨粒子的散射与衰减、以及海-气交界面的雨柱、二次溅射海水滴、泡沫与海面之间的耦合散射；

步骤4：利用速度聚束成像算法对高海情下降雨海面进行高分辨SAR成像。

2.根据权利要求1所述的高海情下风雨浪耦合海面散射及高分辨SAR成像计算方法，其特征在于：所述的步骤1中高海情下时变非线性降雨海面几何建模，采用降雨修正的海谱模型，线性过滤法结合希尔伯特变换得到非线性海面，利用白冠覆盖率，结合斜率判据，获得破碎波和泡沫在降雨海面上的确定性分布。

3.根据权利要求1所述的高海情下风雨浪耦合海面散射及高分辨SAR成像计算方法，其特征在于：所述的步骤2中，海面总散射系数为每个海面小面元的镜像散射系数与微扰系数的叠加形式：

其中，为入射、散射方向单位矢量，A表示整个海面计算区域的面积，ΔxΔy为单个小面元的面积；P、Q为全局坐标系下的极化方式，M、N分别为沿x与y方向的采样点数，与各自表达式如下：

其中，p,q表示局部小面元的极化方式，k为入射电磁波波数，ε为海水介电常数，为基尔霍夫近似下的极化因子，为局部小面元的极化因子；为海面斜率，的概率密度分布函数；S_ζ(q_l)为与海谱Ψ_sea(k)相关的参量，其表达式为，S_ζ(q_l)＝Ψ_sea(k)/q_l q_l为q＝k_s-k_i在切平面上的投影；根据降雨环形谱Ψ_ring(k)对海谱的修正作用，S_ζ(q_l)需要修正为S_ζ(q_l)＝[Ψ_sea(k)+Ψ_ring(k)]/q_l。

4.根据权利要求1所述的高海情下风雨浪耦合海面散射及高分辨SAR成像计算方法，其特征在于：所述的步骤3中利用矢量辐射传输理论，求解大气中降雨粒子的散射与衰减、以及海-气交界面的雨柱、二次溅射海水滴、泡沫与海面的相互作用；

大气中降雨粒子的散射系数为：

大气中降雨粒子的衰减系数为：

因此，经大气中降雨的散射与衰减后的海面散射系数为：

其中，ε_rain为雨滴相对介电常数，n₀为单位体积内的雨滴数量，θ为入射角，H为降雨厚度，和为与降雨率RR及雨滴尺寸相关的散射矩阵参量；为海气交界面的海面散射系数，由考虑降雨环形波扰动的海面散射、泡沫粒子散射、以及雨柱、二次溅射的海水滴散射成分组成；

对于由白冠覆盖率所确定的不含泡沫的面元，后向散射系数表示为经过雨柱与二次溅射海水的随机粒子层衰减的海面散射系数与多次耦合散射作用之和，即

其中

其中为由步骤2所求得的每个海面小面元的散射系数，d_sd为雨柱与二次溅射海水滴组成的随机粒子层的层厚度，κ_s，κ_e为根据雨柱和二次溅射的海水滴的概率密度分布所等效得到的等效散射系数和等效消光系数，|R_h0|与|R_v0|为菲涅尔反射系数模值；对于由白冠覆盖率所确定的含泡沫的面元，后向散射系数可后向散射系数需要将上式中的替换为含有破碎波及泡沫的海面散射系数