SAR海面仿真方法及装置制造方法及图纸

本申请提供了SAR海面仿真方法及装置，属于SAR领域。所述方法包括：根据海表粗糙度，利用雷达成像模型得到海表高频微尺度波的波谱；根据海表高频微尺度波的波谱，利用能量控制方程得到高频微尺度波的波谱解；基于上升流的海表温度函数，对高频微尺度波的波谱解进行海洋锋面仿真，得到SAR海面仿真，以解决现有存在的SAR海面仿真结果准确性较差的技术问题，从而满足人们对海面仿真有效性的需求。

SAR sea surface simulation method and device

The present invention provides SAR sea surface simulation method and device, belonging to SAR field. The method comprises the following steps: according to the roughness of the sea surface, using radar imaging model of sea surface micro scale wave high frequency spectrum; high frequency spectrum according to the sea surface micro scale wave, using the energy control equation of high frequency micro scale wave spectrum solution; sea surface temperature rise function flow based on high frequency spectrum, micro wave the solution of ocean front simulation, SAR simulation of sea, to solve technical problems of the existence of poor accuracy existing SAR simulation results, so as to meet the needs of the people on the validity of the simulation of the sea.

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及合成孔径雷达(SAR：SyntheticApertureRadar)
，尤其涉及SAR海面仿真方法及装置。
技术介绍
上升流是指海水由深层向海表浅层垂直运动的一种海洋现象，一般认为风的驱动是上升流发生的动力来源。上升流的存在能够将深水区丰富的营养盐带到海表浅层，从而促进浮游生物的光合作用。因此，通常情况下，上升流海区具有较高的初级生产力，较高的初级生产力往往能促成渔场的形成，南美洲的秘鲁渔场及中国舟山渔场均处于上升流海区。研究表明，仅占海洋面积5％的五个主要上升流渔场提供了全球25％的渔获量。上升流通过营养盐的输运，不仅能够形成渔场，对全球碳循环也存在重要意义，并且通过多种方式影响海洋的营养物质、热量以及污染物等的交换，对海洋运动也产生了深远的影响，与此同时，也影响着人类活动。合成孔径雷达是一种主动式微波成像雷达，通过测量和处理海面的后向散射信号，获得海面的后向散射强度图像，换而言之，SAR能够探测海面的粗糙度并成像。由于SAR具有高空间分辨率、全天时、全天候的特点，即使在恶劣条件下，SAR图像也能够包含详细的海面空间信息，能够弥补可见光和红外传感器等其他传感器的不足。然而，基于SAR单一提取海面风场或海浪信息的方法实现SAR海面仿真，仍然存在SAR海面仿真结果准确性较差的问题，无法满足人们对海面仿真有效性的需求。
技术实现思路
本申请实施例提出了SAR海面仿真方法及装置，以解决现有SAR海面仿真结果准确性较差的技术问题。在一个方面，本申请实施例提供了SAR海面仿真方法，其特征在于，包括：根据海表粗糙度，利用雷达成像模型得到海表高频微尺度波的波谱；根据海表高频微尺度波的波谱，利用能量控制方程得到高频微尺度波的波谱解；基于上升流的海表温度函数，对高频微尺度波的波谱解进行海洋锋面仿真，得到SAR海面仿真。在另一个方面，本申请实施例提供了SAR海面仿真装置，其特征在于，包括：波谱模块，用于根据海表粗糙度，利用雷达成像模型得到海表高频微尺度波的波谱；波谱解模块，用于根据海表高频微尺度波的波谱，利用能量控制方程得到高频微尺度波的波谱解；仿真模块，用于基于上升流的海表温度函数，对高频微尺度波的波谱解进行海洋锋面仿真，得到SAR海面仿真。优选地，所述波谱模块包括：通过量化海表粗糙度，获得雷达信号的归一化后向散射截面强度，所述海表粗糙度包括大尺度波倾斜造成的均方斜率、波浪破碎，以及布拉格波；归一化后向散射截面强度的计算公式为，其中，代表布拉格波散射，代表由均方斜率构成的雷达信号的镜面反射，代表大尺度波的波浪破碎。优选地，所述波谱解模块包括：高频微尺度波的波谱具有能量平衡状态，能量控制方程为，高频微尺度波的波谱解计算公式为，优选地，所述仿真模块包括：根据上升流的海表温度函数，利用拖曳系数确定海表风摩擦速度；根据海表风摩擦速度，计算出所述海表温度函数对应的风应力值；在SAR对海面的观测角在20°～70°时，根据所述风应力值，对高频微尺度波的波谱解进行布拉格仿真，得到后向散射截面强度；其中，海表温度函数为，t(x)＝1x<w1t(x)＝T+k1xw1<x<w2t(x)＝2x>w2。优选地，所述对高频微尺度波的波谱解进行布拉格仿真，得到后向散射截面强度的步骤包括：当波长λB＝λR/2sinθ时，该波长λB的微尺度波为布拉格波，利用布拉格共振散射机制计算后向散射截面强度，计算公式为，其中，kR＝2π/λR，kB＝2π/λB分别为雷达波波数和布拉格波波数；gpp为极化函数，Ψ为微尺度波波谱。优选地，还包括：一维仿真模块，用于在SAR对海面的观测角在20°～70°时，根据基于上升流的海表温度函数和流场函数，对高频微尺度波的波谱解进行海洋锋面仿真，得到一维SAR海面仿真；其中，海表温度函数为，t(x)＝1x＜w1t(x)＝T+k2xw1＜x＜w2t(x)＝2x＞w2所述流场函数为，u(x)＝2x＜w1u(x)＝Uc+k1xw1＜x＜w2u(x)＝4x＞w2。优选地，还包括：二维仿真模块，用于在SAR对海面的观测角在20°-70°，风向为100°时，根据基于上升流的海表温度函数和流场函数，对高频微尺度波的波谱解进行海洋锋面仿真，得到二维SAR海面仿真。有益效果如下：本申请实施例所提供的SAR海面仿真方法及装置，根据海表粗糙度，利用雷达成像模型得到海表高频微尺度波的波谱，根据海表高频微尺度波的波谱，利用能量控制方程得到高频微尺度波的波谱解，基于上升流的海表温度函数，对高频微尺度波的波谱解进行海洋锋面仿真，得到SAR海面仿真，以解决现有存在的SAR海面仿真结果准确性较差的技术问题，从而满足人们对海面仿真有效性的需求。附图说明下面将参照附图描述本申请的具体实施例，其中：图1示出了本申请实施例一中SAR海面仿真的方法原理图；图2示出了本申请实施例一中SAR海面仿真的方法流程图；图3示出了本申请实施例一中SAR海面仿真的雷达成像模型原理假设示意图；图4示出了本申请实施例二中SAR海面仿真的SST变化分布示意图；图5示出了本申请实施例二中SAR海面仿真的SST引起的NRCS变化仿真结果示意图；图6示出了本申请实施例二中SAR海面仿真的流场及SST变化分布示意图；图7示出了本申请实施例二中SAR海面仿真的流场及SST变化引起的上升流一维仿真结果示意图；图8示出了本申请实施例二中SAR海面仿真的流场及SST变化引起的上升流二维仿真结果示意图；图9示出了本申请实施例三中SAR海面仿真的装置结构图。具体实施方式为了使本申请的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。并且在不冲突的情况下，本说明中的实施例及实施例中的特征可以互相结合。在上升流的形成过程中，海水由深层向海表浅层运动，海表温度(SST：SeaSurfaceTemperature)会随该过程形成一个温度变化，海表流场也会发生变化，伴随剧烈的海气运动，物理参数以及相应的化学生物参数也会发生变化，其中温度变化和海表流场改变是上升流的形成过程中两个比较重要的影响方面。SAR利用散射信号的多普勒频移获得相对较高的方位分辨率，同时通过发射微波脉冲得到较高的距离分辨率，并通过搭载在飞机或者卫星上以实现对海表面的高精度监测。根据布拉格散射机制，在中等入射角情况下，也就是当星载SAR对海洋的观测角范围为20°～70°时，一般采用Bragg共振散射理论，Bragg共振散射是指将粗糙海表面看作许多平面波线性叠加。此外，电磁波散射也是一个线性过程，在远离海表面的情形下，粗糙海表面各不同波分量相干叠加，增强了一定尺度的周期性结构散射，同时，削弱其他周期性结构散射，如同衍射光栅一样。同时，结合海表流场对SAR成像的影响，采用雷达成像模型，进一步探究上升流的过程。本申请利用SAR接收到的信号依赖于表面应力和表面粗糙度的关系，结合海表面温度对海表空气密度、海水密度以及海水的粘性系数等的影响，通过SST来改变厘米尺度波的成长速度。具体地，将SST引入到雷达成像模型中，对上升流过程进行仿真，通过对上升流过程与海表粗糙度两者之间的影响因素，分析波流相互作用，即海表本文档来自技高网...

【技术保护点】
SAR海面仿真方法，其特征在于，包括：根据海表粗糙度，利用雷达成像模型得到海表高频微尺度波的波谱；根据海表高频微尺度波的波谱，利用能量控制方程得到高频微尺度波的波谱解；基于上升流的海表温度函数，对高频微尺度波的波谱解进行海洋锋面仿真，得到SAR海面仿真。

【技术特征摘要】
1.SAR海面仿真方法，其特征在于，包括：根据海表粗糙度，利用雷达成像模型得到海表高频微尺度波的波谱；根据海表高频微尺度波的波谱，利用能量控制方程得到高频微尺度波的波谱解；基于上升流的海表温度函数，对高频微尺度波的波谱解进行海洋锋面仿真，得到SAR海面仿真。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据海表粗糙度，利用雷达成像模型得到海表高频微尺度波的波谱的步骤包括：通过量化海表粗糙度，获得雷达信号的归一化后向散射截面强度，所述海表粗糙度包括大尺度波倾斜造成的均方斜率、波浪破碎，以及布拉格波；归一化后向散射截面强度的计算公式为，σ0=σbr0+σsp0+σwb0]]>其中，代表布拉格波散射，代表由均方斜率构成的雷达信号的镜面反射，代表大尺度波的波浪破碎。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据海表高频微尺度波的波谱，利用能量控制方程得到高频微尺度波的波谱解的步骤包括：高频微尺度波的波谱具有能量平衡状态，能量控制方程为，∂Ψ(k)∂t+(U+Cg)▿Ψ(k)=Sin(k)+Snl(k)+Sds(k)+Scu(k)]]>高频微尺度波的波谱解计算公式为，Ψ=[m(u*c)2ω-4γk2-Sαβ∂Uβ∂xα]/[m3k4ω+k4bc52α2gω4].]]>4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据基于上升流的海表温度函数，对高频微尺度波的波谱解进行海洋锋面仿真，得到SAR海面仿真的步骤包括：根据上升流的海表温度函数，利用拖曳系数确定海表风摩擦速度；根据海表风摩擦速度，计算出所述海表温度函数对应的风应力值；在SAR对海面的观测角在20°-70°时，根据所述风应力值，对高频微尺度波的波谱解进行布拉格仿真，得到后向散射截面强度；其中，海表温度函数为，t(x)＝1x<w1t(x)＝T+k1xw1<x<w2t(x)＝2x>w2。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对高频微尺度波的波谱解进行布拉格仿真，得到后向散射截面强度的步骤包括：当波长λB＝λR/2sinθ时，该波长λB的微尺度波为布拉格波，利用布拉格共振散射机制计算后向散射截面强度，计算公式为，σpp0(θ)=16πkR4cos4θ|gpp(θ)|2Ψ(kB,0)]]>其中，kR＝2π/λR，kB＝2π/λB分别为雷达波波数和布拉格波波数；gpp为极化函数，Ψ为微尺度波波谱。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：在SAR对海面的观测角在20°～70°时，根据基于上升流的海表温度函数和流场函数，对高频微尺度波的波谱解进行海洋锋面仿真，得到一维SAR海面仿真；其中，海表温度函数为，t(x)＝1x＜w1t(x)＝T+k2xw1＜x＜w2t(x)＝2x＞w2所述流场函数为，u(x)＝2x＜w1u(x)＝Uc+k1xw1＜x＜w2u(x)＝4x＞w2。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：在SAR对海面的观测角在20°～70°，风向为100°时，根据基于上升流的海表温度函数和流场函数，对高频微...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵伟增，李欢，孙展凤，
申请(专利权)人：浙江海洋大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33