等效海面仿真缩比方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种等效海面仿真缩比方法及系统。该方法包括：根据海水的含盐量，以及真实海面的介电常数，换算海面缩比试验场的介电常数；分别获取真实海面与海面缩比试验场的海浪功率谱；根据真实海面及海面缩比试验场的海浪功率谱之间的比例关系，获取缩比系数；根据缩比系数，换算海面缩比试验场的几何缩比参数；根据换算得到的介电常数及几何缩比参数，建立海面缩比试验场。本发明专利技术提供的等效海面仿真缩比方法及系统能够建立实验室海面缩比实验场，实现实验室海面微波散射测量。实现实验室海面微波散射测量。实现实验室海面微波散射测量。

【技术实现步骤摘要】
等效海面仿真缩比方法及系统


[0001]本专利技术涉及海洋探测
，特别是涉及一种等效海面仿真缩比方法及系统。

技术介绍

[0002]目前，星载海洋雷达观测技术发展迅速，海面电磁散射理论模型日益成熟，但缺少载荷前期海洋场景预研能力以及实际可靠的验证数据对二者进行支撑。为了在卫星发射前期充分分析不同海况条件下海面回波信息，为新型海洋雷达传感器的研发提供理论与数据支持，需要在实验室内进行海洋仿真测量，开展可控环境下海面场景仿真微波散射测量实验。然而实验室测量测量海洋场景具有一定困难，第一，海水具有腐蚀性，以容器等方式在实验室内存放具有一定危险性；另外，真实海况下，风速最大可达到20m/s甚至更大，实验室内产生高风速同样具备危险性。因此，考虑到海水组成、海况等客观因素，实验室内无法完全复原真实海洋场景，需要结合仿真方法对海洋场景进行模拟，通过实验室模拟缩比模型进而等效得到理想的海面。
[0003]在实际的实验室模拟测量中，考虑到实验室模拟测量安全与效率问题，难以实现与外场实际海面相似模拟，这给实验室测量结果分析与理论建模带来了困难。
[0004]缩比模型已经广泛地应用于工程测量中，可以为实验分析或设计提供必要的信息、能够为目标雷达散射截面的预估提供一个重要的方法，还能够为通过其他手段得到的近似值提供独立的验证。电磁缩比测量的基本原理为：如果几何尺寸、工作波长、电磁场强度等各参量都相应地按比例缩小，那么模拟系统的雷达特性和原型系统（全尺寸系统）的特性相同。对于缩比粗糙海面散射相关问题，利用电磁缩比测量的方法对粗糙海面环境背景前向电磁散射特性开展测量研究。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是提供一种等效海面仿真缩比方法及系统，能够建立实验室海面缩比实验场，实现实验室海面微波散射测量。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种等效海面仿真缩比方法，所述方法包括：根据海水的含盐量，以及真实海面的介电常数，换算海面缩比试验场的介电常数；分别获取真实海面与海面缩比试验场的海浪功率谱；根据真实海面及海面缩比试验场的海浪功率谱之间的比例关系，获取缩比系数；根据缩比系数，换算海面缩比试验场的几何缩比参数；根据换算得到的介电常数及几何缩比参数，建立海面缩比试验场。
[0007]在一些实施方式中，真实海面的介电常数由如下公式给出：在一些实施方式中，真实海面的介电常数由如下公式给出：
其中，表示入射电磁波频率，表示静态介电常数，表示海水张弛时间，表示海水张弛时间的初始值，表示离子电导率，二者均是海水盐度和温度的函数，表示自由空间介电常数，表示静态介电常数的一阶导数，表示静态介电常数的二阶导数。
[0008]在一些实施方式中，海浪视为N个不同尺度、波数、相位正弦波的随机叠加。
[0009]在一些实施方式中，海浪由如下公式给出：其中，表示海面在位置处于某一时刻时的海面高度，表示像元位置，表示不同尺度海浪的振幅，且有，表示海浪角频率，根据海浪弥散关系可表示为，表示海浪初始相位，表示波数，表示重力加速度。
[0010]在一些实施方式中，海面采样点数、采样间隔和离散波数则需要满足：在一些实施方式中，海面采样点数、采样间隔和离散波数则需要满足：在一些实施方式中，海面采样点数、采样间隔和离散波数则需要满足：其中，表示海面缩比试验场的海面采样点数，表示真实海面的海面采样点数，表示海面缩比试验场的采样间隔，表示真实海面的采样间隔，表示海面缩比试验场的离散波数，表示真实海面的离散波数。
[0011]在一些实施方式中，根据真实海面及海面缩比试验场的海浪功率谱之间的比例关系，获取缩比系数，包括：根据如下公式计算缩比系数：系，获取缩比系数，包括：根据如下公式计算缩比系数：其中，p为缩比系数，为真实海面的频率序列，为真实海面的海浪功率谱，为海面缩比试验场的频率序列，为海面缩比试验场的海浪功率谱。
[0012]在一些实施方式中，根据缩比系数，换算海面缩比试验场的几何缩比参数，包括：根据如下公式，计算集合缩比参数：集合缩比参数：集合缩比参数：
。
[0013]此外，本专利技术还提供了一种等效海面仿真缩比系统，所述系统包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现根据前文所述的基于过程因子高效的抽检决策方法。
[0014]采用这样的设计后，本专利技术至少具有以下优点：通过本专利技术仿真方法，可以将真实海况（风速、浪高、海浪谱等海洋参数）缩比等效至实验室环境下。
附图说明
[0015]上述仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明。
[0016]图1是本专利技术提供的流程图。
具体实施方式
[0017]以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0018]本专利技术等效海面仿真缩比方法以电磁相似理论和严格的相似性关系为基础，建立实验室海面缩比实验场，实现实验室海面微波散射测量。在实验室内对缩比海面进行电磁测量时，需要解决海水介电常数在不同入射频率下保持一致的问题以及粗糙海面缩比的几何相似性问题。
[0019]参见图1，等效海面仿真缩比方法包括：S11，根据海水的含盐量，以及真实海面的介电常数，换算海面缩比试验场的介电常数。
[0020]在实验室内进行缩比测量时，被测模型与原型必须在几何外观、尺寸大小及材料的介电特性等方面满足一定的相似条件。由于介质材料具有频率色散特性，其介电常数会随着频率的变化而发生改变，因而在实验室缩比测量实验中，首先要尽量保证原型场景与缩比场景物理相似性，但考虑到海水对实验室风浪水槽的腐蚀，实验室水槽池内一般使用淡水替代海水进行海面场景模拟。而对于海水，其介电常数是关于海水温度、盐度和入射频率的复杂函数，所以对海面场景进行模拟时，需要分别考虑海水与淡水的介电常数变化和淡水本身介电常数随频率变化带来的影响。淡水的介电常数是频率和温度的函数，影响海水介电常数的因素除了频率和温度以外，还包括海水的含盐量，如下式所示：
其中，表示入射电磁波频率，表示静态介电常数，表示海水张弛时间，表示离子电导率，和二者均是海水盐度和温度的函数，表示自由空间介电常数。
[0021]S12，分别获取真实海面与海面缩比试验场的海浪功率谱。
[0022]在实验室内进行缩比测量时，被测模型与原型必须在几何外观、尺寸大小等方面满足一定的相似条件。海浪视为N个不同尺度、波数、相位正弦波的随机叠加，可表示为：满足一定的相似条件。海浪视为N个不同尺度、波数、相位正弦波的随机叠加，可表示为：其中，表示海面在位置处于某一时刻时的海面高度，表示像元位置，表示不同尺度海浪的振幅，且有，表示海浪角频率，根据海浪弥散关系可表示为，表示海浪初始相位，表示波数，表示重力加速度。振幅为高斯随机变量，其方差正比本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种等效海面仿真缩比方法，其特征在于，包括：根据海水的含盐量，以及真实海面的介电常数，换算海面缩比试验场的介电常数；分别获取真实海面与海面缩比试验场的海浪功率谱；根据真实海面及海面缩比试验场的海浪功率谱之间的比例关系，获取缩比系数；根据缩比系数，换算海面缩比试验场的几何缩比参数；根据换算得到的介电常数及几何缩比参数，建立海面缩比试验场。2.根据权利要求1所述的等效海面仿真缩比方法，其特征在于，真实海面的介电常数由如下公式给出：出：其中，表示入射电磁波频率，表示静态介电常数，表示海水张弛时间，表示海水张弛时间的初始值，表示离子电导率，二者均是海水盐度和温度的函数，表示自由空间介电常数，表示静态介电常数的一阶导数，表示静态介电常数的二阶导数。3.根据权利要求1所述的等效海面仿真缩比方法，其特征在于，海浪视为N个不同尺度、波数、相位正弦波的随机叠加。4.根据权利要求3所述的等效海面仿真缩比方法，其特征在于，海浪由如下公式给出：其中，表示海面在位置处于某一时刻时的海面高度，表示像元位置，表示不同尺度海浪的振幅，且有，表示海浪角频率，根据海浪弥散关系可表示为，表示海浪初始相位，表示波数，表示重力加速度。5.根据权利要求4所述的等效海面仿真缩比方法，其特征在于，海面采样点数、采样间隔和离散波数则需要满足：隔和离散...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵芸，王晓晨，王雍荀，
申请(专利权)人：北京中科创遥技术有限公司，
类型：发明
国别省市：