【技术实现步骤摘要】
本申请涉及海洋遥感，特别是涉及一种海浪波谱仪原始数据仿真方法。
技术介绍
1、海洋面积占地球总表面积的71％，而海洋中包含的水量约占地球总水量的97％。海洋影响着全球天气和气候的变化，是全球气候的调节器；海洋还密切影响人类的生存和生活，它为人类提供了丰富的生存资源，同时也给人类带来了一定的自然灾害。无论是开发与利用海洋资源还是预防与减轻海洋所引起的自然灾害，都需要建立在对海洋的充分了解基础之上。因此，我们需要全面研究海洋的各种要素参数，而海浪是海洋要素参数中的一个非常重要的水文动力参数。
2、海浪是海面的起伏波动之一，其时间尺度和空间尺度变化范围较大，时间上从几秒到几个月，空间上从几厘米到上百公里。按照产生的机理，海浪可分为风浪和涌浪，由本地的海表面风引起的起伏称为风浪，而由远处的风浪传播到无风的本地的海浪称为涌浪。海浪表现出较强的随机性，可看作具有不同振幅、不同频率、不同传播方向和相位随机的一组正弦波信号的叠加，因此可通过“统计学”的方法研究。二维海浪谱是随机海浪的一个重要的统计特征，可以用来量化海浪的内部结构，描述海浪能量在波数和传播方向两个维度的分布情况。根据二维海浪谱可进一步计算出海浪的有效波高、主波长、主波传播方向和波陡等参数。
3、全球范围的二维海浪谱的观测在海洋科学研究和海洋业务需求方面均具有重要的意义。目前观测海浪谱的手段可分为三类：波浪浮标、光学技术以及雷达系统。其中，雷达系统包括高频地波雷达和微波雷达，而微波雷达可搭载于舰船、飞机和卫星等平台。目前可以用来观测海浪谱的雷达系统包括：船载
4、为了充分发挥波谱仪在海洋动力环境探测中的优势，需要开发或改进波谱仪反演二维海浪谱的算法以及深入评估在所有可能条件下(包括不同的雷达系统参数和不同的海况条件)的算法反演性能。对“实测”的波谱仪数据进行分析处理是一种最为直接的手段。然而这种方式也存在一定的局限性：实际获取波谱仪数据的雷达系统参数往往是固定的，因此无法通过人为改变雷达系统参数来研究波谱仪雷达对海面场景的响应情况；另外，实测数据对应的海况参数也不是任意可调的，从而导致波谱仪雷达对海面场景响应的研究不全面。再者，波谱仪雷达对海面的响应中存在各种复杂的物理调制过程，比如：海面对电磁波后向散射的非线性调制、雷达平台的运动和海浪的轨道速度调制、海浪高低起伏的地形调制、雷达脉冲响应调制(距离分辨率导致的波数截取效应)、以及距离/方位耦合效应等；这些物理调制过程在实际获取的波谱仪数据中“混合”在一起而无法分开，因此，仅仅依靠“实测”波谱仪数据无法有效研究各种调制因素“各自”的贡献比例。与“实测”雷达数据处理相对比，“数据仿真”是可以解决上述问题的。一方面，在数据仿真的过程中，可以任意调整雷达系统参数和海况参数，从而可以有效地评估和预测海浪谱在各种条件下的反演质量；另一方面，在仿真的过程中，可以通过设置一些“开关”，分别“关掉”或“开通”某些物理调制过程，从而可以研究某个“调制过程”单独(其它调制过程不存在)的作用机理及其对海浪谱反演的贡献。此外，“数据仿真”也是研制新一代星载波谱仪不可或缺的步骤。总之，对波谱仪进行“数据仿真”是对“实际获取波谱仪数据处理”的一种有效且必要的补充手段。
5、目前，已有的波谱仪数据仿真算法主要是基于“一维距离像”的仿真，即直接仿真距离向回波功率调制信号。这类仿真方法由于仅需要根据公式进行“数值计算”，因此具有“步骤简单”与“运算量小”的优点。然而，这类基于一维距离像的波谱仪仿真技术是“非完备”的仿真方式，具有如下缺点：①基于“一维距离像”的仿真技术利用一个“调制传递函数”直接将海面局部斜率转换为“距离向回波功率调制信号”，因此该类仿真技术并不能得到原始的波谱仪雷达数据(即l0级数据)；②由雷达平台的运动和海面海浪的轨道速度所导致的多普勒信息在基于“一维距离像”的波谱仪仿真数据中是缺失的；③基于“一维距离像”的仿真技术无法反映某些由海浪引起的海面高度起伏调制，比如“距离层叠”效应；④基于“一维距离像”的仿真技术只考虑了海面后向散射倾斜调制中的线性调制分量，而没有包含“非线性”调制分量；⑤在基于“一维距离像”的波谱仪仿真数据中，雷达发射信号的线性调频特征(或信号距离频谱信息)是缺失的，同时距离图像域中的距离脉冲响应特征也是缺失的；⑥现有的基于“一维距离像”的仿真技术只考虑了距离单元走动的线性成分，而没有考虑其它高阶成分。因此，使得目前的波谱仪的数据仿真的有效性较差。
技术实现思路
1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高波谱仪的数据仿真的有效性的海浪波谱仪原始数据仿真方法。
2、一种海浪波谱仪原始数据仿真方法，所述方法包括：
3、步骤一、对海面场景在直角坐标系中进行离散网格化，获得网格化的海面场景；
4、步骤二、根据海浪的类型，仿真分析各类型的海浪高度谱；
5、步骤三、根据网格化的海面场景和海浪高度谱，产生海面高度场、海浪轨道速度场以及海浪轨道加速度场；
6、步骤四、根据所述海面高度场，并利用准镜面散射模型，产生波谱仪海面后向散射系数场；
7、步骤五、将所述海面高度场、所述海浪轨道速度场、所述海浪轨道加速度场以及所述海面后向散射系数场，由雷达波束旋转极坐标系转换为卫星顺轨-交轨坐标系，获得卫星顺轨-交轨坐标系中的海面高度场、海浪轨道速度场、海浪轨道加速度场、海面后向散射系数场；
8、步骤六、根据卫星顺轨-交轨坐标系中的海面高度场、海浪轨道速度场和海浪轨道加速度场，获得雷达瞬时距离方程；
9、步骤七、根据卫星顺轨-交轨坐标系中的海面后向散射系数场，并运用波谱仪雷达方程产生雷达回波功率场和雷达接收机的热噪声功率；
10、步骤八、将所述雷达回波功率场随机化，产生包含斑点噪声的回波复随机幅度场，并根据所述热噪声功率产生热噪声复随机信号；
11、步骤九、将所述瞬时距离方程以及所述回波复随机幅度场和热噪声复随机信号代入波谱仪雷达响应方程，最终得到海浪波谱仪原始数据。
12、在本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种海浪波谱仪原始数据仿真方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的海浪波谱仪原始数据仿真方法，其特征在于，所述直角坐标系中海面场景第(m,n)个网格的离散坐标的表达式为：
3.根据权利要求2所述的海浪波谱仪原始数据仿真方法，其特征在于，所述步骤二包括：
4.根据权利要求3所述的海浪波谱仪原始数据仿真方法，其特征在于，所述步骤三包括：
5.根据权利要求4所述海浪波谱仪原始数据仿真方法，其特征在于，所述步骤四包括：
6.根据权利要求5所述海浪波谱仪原始数据仿真方法，其特征在于，所述步骤五包括：
7.根据权利要求6所述海浪波谱仪原始数据仿真方法，其特征在于，所述雷达瞬时距离方程的表达式为：
8.根据权利要求7所述海浪波谱仪原始数据仿真方法，其特征在于，所述步骤七包括：
9.根据权利要求8所述海浪波谱仪原始数据仿真方法，其特征在于，所述步骤八包括：
10.根据权利要求9所述海浪波谱仪原始数据仿真方法，其特征在于，所述海浪波谱仪原始数据为：
【技术特征摘要】
1.一种海浪波谱仪原始数据仿真方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的海浪波谱仪原始数据仿真方法，其特征在于，所述直角坐标系中海面场景第(m,n)个网格的离散坐标的表达式为：
3.根据权利要求2所述的海浪波谱仪原始数据仿真方法，其特征在于，所述步骤二包括：
4.根据权利要求3所述的海浪波谱仪原始数据仿真方法，其特征在于，所述步骤三包括：
5.根据权利要求4所述海浪波谱仪原始数据仿真方法，其特征在于，所述步骤四包括：<...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘保昌，季子洋，李秀仲，顾经纬，乔思奇，何宜军，汪瑜，刘娟，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。