[发明专利]一种浪-流耦合海面的雷达后向散射截面数值模拟方法

摘要

本发明提出一种浪‑流耦合海面的雷达后向散射截面数值模拟方法，包括步骤：根据用户需要模拟的海面状态和所采用的雷达传感器类型设置海面模拟参数和雷达参数建立浪‑流耦合电磁散射模型；获取浪‑流耦合海面演化过程和表征瞬态海面；进一步利用惠更斯原理、克西霍夫近似以及狄拉克格林函数，根据浪‑流耦合电磁散射模型反演雷达后向散射系数γ以及推导出归一化后向雷达散射截面σ₀。本发明能够获取海浪‑海流耦合海面与电磁波相互作用的机制，促进浪‑流耦合电磁散射特征的研究，可作为海流雷达反演研发的技术手段。

主权项

1.一种浪‑流耦合海面的雷达后向散射截面数值模拟方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：设置海面模拟参数和雷达参数，海面模拟参数包括：海浪有效波高hs、海浪主波长λ0、幅度和频率尺度因子b、分形海面粗糙度系数s和海浪主波波数K0；雷达参数包括：雷达照射尺度范围L，雷达入射角θ，雷达波长λ，雷达入射波波数k；其中，b＞1，K0＝2π/λ0，k＝2π/λ，1＜s＜2；步骤2：根据海面模拟参数和雷达参数计算海表面高度，设海表面高度为ξ(x，t)，ξ(x，t)的表达式为：其中，N为海浪正弦分量数，其取值满足bN‑bN‑1≥10；σ为海表面高度ξ(x，t)的标准方差，σ与有效波高hs的关系为：hs＝4σ；C为归一化常数，ω_n为第n支海浪分量的谐波角频率，bⁿ为第n支海浪的幅度和频率尺度因子，g为重力加速度；是第n支海浪的波相位；C₀为海流流速；步骤3：利用惠更斯原理、克西霍夫近似以及狄拉克格林函数，根据海表面高度ξ(x，t)反演雷达后向散射系数γ，γ的表达式为：其中，为贝塞尔函数，p＝(p₀，p₁，…p_n…p_N‑1)^T，T为转置运算符号；为时间相位函数：其中步骤4：根据雷达后向散射系数γ推导出归一化后向雷达散射截面σ0，σ0的表达式为：σ0＝20log10γ    (3)步骤5：根据用户需要模拟的海面状态以及模拟海面状态所采用的雷达参数，确定步骤1‑步骤3的输入参数值，由式(2)和式(3)计算出对应时间和照射空间的归一化后向雷达散射截面表达式。