[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

说明书

本发明涉及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，包括步骤：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；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；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、泡沫与海面的耦合散射作用；利用速度聚束成像算法对高海情下降雨海面进行SAR成像。优点是，利用矢量辐射传输理论结合三层随机粒子模型，提供一种准确有效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，计算速度快。

技术领域

本发明属于海洋遥感领域，主要涉及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。

背景技术

如何提高雷达对海洋的观测和监测能力，特别是高海情与降雨条件下海面的散射机理研究，长期以来是海洋遥感领域最重要的研究课题之一。近十年来，高海情甚至飓风条件下，利用高分辨率合成孔径雷达后向散射进行风速风向反演引起了人们的广泛关注。

海面降雨对雷达回波影响主要表现在两个方面：(1)雨滴引起的体散射和大气中的衰减效应。(2)海气交界处的雨滴撞击水面形成环形波、雨柱、二次海水滴等结构影响雷达散射回波。因此建立合适的降雨海面散射模型对于海面天气和气候研究有重要意义。

目前国内外有关降雨海面的研究主要是基于实测降雨数据对海面散射统计性模型进行修正。但是高海情下降雨使得雷达探测困难重重，基于物理过程的高分辨确定性降雨海面的散射机理研究还十分欠缺。此外，高海情下考虑破碎浪和泡沫的多次耦合效应的高分辨降雨海面散射机理研究未见报道。因此，研究高海情下风雨浪耦合海面散射及高分辨SAR成像计算方法具有重要的学术价值和广泛的应用前景。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提供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。

技术方案

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。

本发明进一步的技术方案：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。

本发明进一步的技术方案：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：