【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于海啸回波仿真，尤其涉及一种高频地波雷达海啸回波模拟方法及系统。
技术介绍
1、海啸是海洋灾害的一种，它是由海底地震、海底火山爆发等产生的具有超大波长(几百公里)和较大周期的大洋行波。海啸的性质和潮汐、风成波浪不同。风成波浪一般仅涉及海面以下150m深处海水的运动，波长为10m到100m，传播速度为20～50km/h，而海啸却扰动了海床以上的全部海水，即海啸的速度由水深决定。在广阔的大洋上，海啸波长约为200km，前进速度可达900km/h，而波高低得难以察觉，只有1m，因此一般不对大洋中的船只构成威胁，当海啸波到达近岸浅水区时其传播速度变小，大约50km/h，海底升高使得波能被压缩，波高可骤增至5～40m，形成一堵“水墙”。“水墙”冲上陆地后会给沿海地区造成严重的生命财产损失。我国东南海域位于环太平地震带边缘的南海大陆架附近存在多条已知的局部地壳断层和俯冲断层，所以仍然面临着海啸灾害的威胁。因此，进行高精度的海啸监测预警是十分必要的。
2、高频地波雷具有探测距离远、反隐身以及抗干扰性强的特点，并且其可以同时进行海洋表面流场和海态参数的广域测量以及远超地平线和全天候条件下的海上监视。当海啸发生时，会使海态参数发生变化，并且高频地波雷达可以在距离较远的地方，及时地发现因为海啸而引起的海态参数的改变，为人们争取更长的时间进行转移，进而减少人员伤员和经济损失。
3、通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：由于海啸发生的次数针对研究来讲并不多，且被高频地波雷达监测到的海啸信号更是有限，因此许多关于高
技术实现思路
1、为克服相关技术中存在的问题，本专利技术公开实施例提供了一种高频地波雷达海啸回波模拟方法及系统。具体涉及一种采用comcot(康奈尔多网格耦合海啸模型cornellmulti-grid coupled tsunami model)模拟海啸并反演为高频地波雷达海啸回波的方法。
2、所述技术方案如下：高频地波雷达海啸回波模拟方法，该方法将comcot引入到高频地波雷达对海啸进行探测，得到海啸的流速、流向、波幅特征，从而得到真实海啸的高频地波雷达海啸回波；具体包括以下步骤：
3、s1，选择需要仿真的地区，对comcot中的断层参数、网格参数进行设置，得到海啸仿真数据，根据流速和体积通量的关系，得到所需的流速；所述网格参数为每一层选择的控制方程，该控制方程包括线性以及非线性和球坐标以及笛卡尔坐标系；
4、s2，根据雷达原理以及一阶海杂波的产生机理，仿真平静海态下海洋雷达回波信号；
5、s3，根据雷达的探测范围，找出雷达所能探测到海啸信号，将探测范围内的海啸信号进行波束形成，根据波束形成原理计算不同角度的海啸回波信号的幅度；
6、s4，通过海啸信号与雷达的位置信息，得到海啸相对雷达的径向流速，根据多普勒频移关系得到海啸流速所引起的多普勒频移；
7、s5，根据得到的海啸回波信号幅度和多普勒频移产生海啸回波信号，将海啸信号与平静海态信号进行叠加，得到高频地波雷达海啸回波信号。
8、在步骤s1中，所述根据流速和体积通量的关系，得到所需的流速包括：comcot采用显式交错跳蛙有限差分格式在球面和直角坐标系下求解浅水方程，使用嵌套网格耦合到12个不同网格分辨率的层，并且在每个层中，根据需求单独的选择使用线性或者非线性浅水方程以及选择求左边还是笛卡尔坐标系；当海啸在深海传播时，采用浅水线性方程，在球坐标中进行模拟，表达式为：
9、
10、
11、
12、式中，η为水面位移，r为地球半径，p为x方向的体积通量，q为y方向的体积通量，分别为经纬度，h为水深，g为重力加速度，t为时间，f为地球旋转引起柯氏力系数；其中，反应了海床滑坡运动的效应，在滑块模块中使用；
13、地球旋转引起柯氏力系数f的表达式为：
14、
15、式中，ω为地球转动速率；
16、当模拟的地区小，使用笛卡尔坐标系，表达式为：
17、
18、
19、
20、式中，x为x轴，代表经度；y为y轴，代表纬度；
21、当海啸传播到大陆架并接近沿海地区时，线性浅水方程失效；在这种情况下，海啸的波长变短，振幅变大，利用底部摩擦效应的非线性浅水方程描述海岸带的流动运动；
22、在球坐标系下的方程为：
23、
24、
25、
26、式中，fx为x方向的底部摩擦，fy为y方向的底部摩擦，h为总水深；
27、在笛卡尔坐标系的方程为：
28、
29、
30、
31、fx和fy通过曼宁公式计算得到，表达式为：
32、
33、
34、式中，n为曼宁粗糙系数；
35、通过comcot输出所仿真区域每个格点不同时刻的水面自由位移，以及沿x轴和沿y轴的体积通量，用体积通量除以总的水深，得到该格点的速度。
36、在步骤s2中，仿真平静海态下海洋雷达回波信号前，进行平静海态的高频地波雷达海啸回波的仿真，包括：
37、海杂波平均回波功率计算，公式为：
38、
39、式中，pr为接收到的布拉格峰处海杂波的平均回波功率，pt为雷达的发射频率，gt为发射天线等效自由空间增益，gr为发射天线等效自由空间增益，λ0为雷达波长，ls为输电线路和其他系统损失；σs为位于布拉格峰处海杂波雷达横截面，其中，海杂波为一阶海杂波；r为雷达天线到海杂波的距离，f为表面波衰减。
40、进一步，所述进行平静海态的高频地波雷达海啸回波的仿真，还包括：
41、海面一阶截面积公式、有向浪高谱、无向浪高谱及方向因子的表达式为：
42、
43、
44、
45、
46、式中，σ(1)为海面一阶截面方程，ω为频率，为雷达波束方向的方位角，k0为雷达电波的波标量，m为海浪传播的两种方向，δ为冲激函数，ωb为一阶峰位置，为有向浪高谱，f(k)为无向浪高谱，g为重力加速度，θ为雷达波数方向到海浪波列前进方向的角度，kc为无向浪高谱的截止波数，为海面风向方位角，为雷达电波的波矢量，为函数的自变量，是一个矢量；k为的模，为的角度。
47、在步骤s3中，所述根据波束形成原理计算不同角度的海啸回波信号的幅度包括：
48、高频地波雷达通常使用的是均匀线阵，共包含m个天线，以左侧第一个为参考天线，所有天本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高频地波雷达海啸回波模拟方法，其特征在于，该方法将COMCOT引入到高频地波雷达对海啸进行探测，得到海啸的流速、流向、波幅特征，从而得到真实海啸的高频地波雷达海啸回波；具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的高频地波雷达海啸回波模拟方法，其特征在于，在步骤S1中，所述根据流速和体积通量的关系，得到所需的流速包括：COMCOT采用显式交错跳蛙有限差分格式在球面和直角坐标系下求解浅水方程，使用嵌套网格耦合到12个不同网格分辨率的层，并且在每个层中，根据需求单独的选择使用线性或者非线性浅水方程以及选择求左边还是笛卡尔坐标系；当海啸在深海传播时，采用浅水线性方程，在球坐标中进行模拟，表达式为：
3.根据权利要求1所述的高频地波雷达海啸回波模拟方法，其特征在于，在步骤S2中，仿真平静海态下海洋雷达回波信号前，进行平静海态的高频地波雷达海啸回波的仿真，包括：
4.根据权利要求3所述的高频地波雷达海啸回波模拟方法，其特征在于，所述进行平静海态的高频地波雷达海啸回波的仿真，还包括：
5.根据权利要求1所述的高频地波雷达海啸回波模拟方法，
6.根据权利要求5所述的高频地波雷达海啸回波模拟方法，其特征在于，在步骤S3中，海啸信号的幅度与海啸的波高有关，浪高谱采用Pierson-Moskowitz谱，表达式为：
7.根据权利要求1所述的高频地波雷达海啸回波模拟方法，其特征在于，在步骤S4中，所述根据多普勒频移关系得到海啸流速所引起的多普勒频移中，偏移量为：
8.根据权利要求1所述的高频地波雷达海啸回波模拟方法，其特征在于，在步骤S4中，所述得到海啸相对雷达的径向流速包括：用海啸的真实流速以及该点与雷达的夹角，利用三角关系得到海啸相对于雷达的径向流速。
9.一种高频地波雷达海啸回波模拟系统，其特征在于，该系统实施权利要求1-8任意一项所述高频地波雷达海啸回波模拟方法，该系统包括：
10.根据权利要求9所述的高频地波雷达海啸回波模拟系统，其特征在于，该系统搭载在计算机设备，该计算机设备包括：至少一个处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述至少一个处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述系统的功能。
...【技术特征摘要】
1.一种高频地波雷达海啸回波模拟方法，其特征在于，该方法将comcot引入到高频地波雷达对海啸进行探测，得到海啸的流速、流向、波幅特征，从而得到真实海啸的高频地波雷达海啸回波；具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的高频地波雷达海啸回波模拟方法，其特征在于，在步骤s1中，所述根据流速和体积通量的关系，得到所需的流速包括：comcot采用显式交错跳蛙有限差分格式在球面和直角坐标系下求解浅水方程，使用嵌套网格耦合到12个不同网格分辨率的层，并且在每个层中，根据需求单独的选择使用线性或者非线性浅水方程以及选择求左边还是笛卡尔坐标系；当海啸在深海传播时，采用浅水线性方程，在球坐标中进行模拟，表达式为：
3.根据权利要求1所述的高频地波雷达海啸回波模拟方法，其特征在于，在步骤s2中，仿真平静海态下海洋雷达回波信号前，进行平静海态的高频地波雷达海啸回波的仿真，包括：
4.根据权利要求3所述的高频地波雷达海啸回波模拟方法，其特征在于，所述进行平静海态的高频地波雷达海啸回波的仿真，还包括：
5.根据权利要求1所述的高频地波雷达海啸回波模拟方法，其特征在于，在步骤s3中...
【专利技术属性】
技术研发人员：于长军，刘艺璇，王霖玮，刘爱军，吕哲，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：
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