[发明专利]一种基于全极化雷达的冰盖内部组构和冰流场分布特征识别方法

摘要

本发明公开一种基于全极化雷达数据的冰盖内部组构和冰流场分布特征识别方法，因冰盖内部冰晶体的二阶组构方位张量和介电常数张量存在相关关系，本发明通过逐层递推法从全极化雷达回波信号求取冰盖内部各反射层的介电常数张量及其旋转角，进而计算得到冰组构二阶方位张量特征值并识别组构类型，再根据组构、应力变形和冰流的相关关系提取冰流方向及其空间分布特征信息。该方法具有快捷、高效、无损且费用投入低等特点，且雷达探测的测量方式灵活、覆盖范围大；通过极化雷达测量可快速获得大范围冰盖内组构与冰流场空间分布信息。

主权项

1.一种基于全极化雷达的冰盖内部组构和冰流场分布特征识别方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：S1：通过正交方式布置的全极化雷达收发天线获得四个通道雷达数据S2：对步骤一获得的雷达数据进行归一化处理，得到四个通道的雷达反射回波记录R_HH、R_HV、R_VH、R_VV；其中，表示H方向的入射波电场强度，表示V方向的入射波电场强度；S3：对四个通道雷达反射回波记录R_HH、R_HV、R_VH、R_VV进行反褶积处理，得到四个通道的广义反射系数序列合在一起记为S4：采用逐层递推法从上往下依次求取每一层的介电常数张量的特征值和偏转角，从第1层到第n‑1层的推导如公式(2)所示，而界面反射系数矩阵公式和透射系数矩阵公式、逆向透射系数矩阵公式分别如式(3)‑(5)所示： 其中，表示第i层与第i+1层之间的界面反射系数矩阵，表示第i层与第i+1层之间的界面透射系数矩阵，表示第i层与第i+1层之间的界面逆向透射系数矩阵，表示雷达回波记录中第i层与第i+1层之间界面的广义反射系数矩阵，表示第i层的相位因子矩阵，d_i表示第i层的厚度；因第一层地表以上为各向同性空气层，介电常数张量的特征值均为1，旋转角为0，即ε₁₁＝1、ε₁₂＝1、ε₁₃＝1和将其代入公式(1)‑(3)，求解得到第二层的介电常数张量的特征值ε₂₁、ε₂₂和旋转角再通过公式(4)‑(5)计算界面透射系数矩阵和逆向透射系数矩阵然后依次递推，计算出n层的介电常数张量的特征值和旋转角；S5：根据S4得到的每层的介电常数张量的特征值ε_i1、ε_i2以及旋转角以及根据冰晶组构方位张量和介电常数张量的相关关系的公式(6)和(7)，计算每一层的二阶组构方位张量特征值a₁⁽²⁾、a₂⁽²⁾和a₃⁽²⁾其中，ε⊥和ε//分别为垂直于C轴方向和平行于的C轴方向的介电常数，其由实验室测得；根据公式(6)、(7)计算得到的二阶组构方位张量即可用于判断冰晶组构类型；S6：因冰晶体C轴方向往往向正压力轴方向聚集、垂直于剪切力轴、远离拉伸力轴，因此S5中得到的冰晶组构类型和C轴方向特征也反映了晶体的受力状况和形变程度。根据组构类型和C轴分布特征可以判断冰晶体的受力状况，其中拉伸力的方向即是冰流方向；逐层提取不同深度的冰层的流动方向，进一步获得冰流场的空间分布特征。