一種利用高頻地波雷達遙感海面電導率分布的方法
2023-10-26 03:53:22 2
專利名稱：一種利用高頻地波雷達遙感海面電導率分布的方法
技術領域：
本發明屬於無線電物理學和海洋科學技術領域，尤其涉及一種利用高頻地波雷達遙感海面電導率分布的方法。
背景技術：
岸基超視距雷達也稱為高頻地波雷達(HF Surface Wave Radar,簡稱HFSWR),發射波長為十米量級的電磁波，以表面波(即地波)的形式沿海面傳播，波長與海洋表面風生重力波(即波浪)波長相當。海洋粗糙表面散射電磁波的機理類似於X射線探測晶體結構時的Bragg (布拉格)散射，海面重力波波長與電磁波波長構成特定關係時即可對電磁波產生 諧振，形成強烈的散射波。對此散射波進行譜分析可以找到與海洋表面動力學過程(風、浪、流)相對應的譜特徵，由此即可提取和反演出海面動力學要素值。作為一種新興的海洋遙感設備，岸基超視距雷達具有大面積、全天候以及低成本等優點，十分鐘的探測即可獲得數萬平方公里海面流場、浪場和風場信息，探測距離最大可接近400km，甚至更高，被認為是一種能實現對各國海洋專屬經濟區(EEZ)進行有效監測的高科技手段。各臨海發達國家均進行了研發投入，並實施了多年的對比驗證和應用示範。目前，國內外超視距雷達海流探測已經達到業務化運行水平，風、浪探測取得了重大突破，雷達探測的數據具有傳統單點或若干個點、線測量的數據所難以匹敵的優勢。利用高頻地波雷達數據進行海洋研究和海岸工程服務，已經成為一種趨勢。因為雷達發射電磁波波長遠大於雨滴、水霧粒子等的尺度，所以其傳播基本不受惡劣天氣的影響。影響電磁波海面傳播距離的最重要介質因素是表面海水的電導率，電導率越低，電磁波在海面傳播時的附加衰減(Norton衰減因子)就越大，那麼雷達的探測距離就越近。簡單地說就是地波傳播對海水電導率敏感。無線電波的海洋散射還有一個特點，那就是基本不受分米以下尺度波浪及其形狀的影響，比如7. 5MHz無線電波的波長為40m，其傳播就基本不受波長高兩個量級如40cm或更短波長(如毛細波)等次尺度海浪的影響，也不受通常會影響微波傳播的泡沫的影響。因此通過分析雷達信號在海面不同觀測元間的附加衰減數據，結合電波衰減方程，即可獲得表面海水電導率分布情況。目前，還沒有利用雷達遙感海面電導率分布的技術。
發明內容
針對現有技術存在的不足，本發明提出了一種根據雷達接收的海洋回波數據反演出雷達探測區域內的海面電導率分布的方法。為解決上述技術問題，本發明採用如下的技術方案一種利用高頻地波雷達遙感海面電導率分布的方法，包括步驟步驟一，利用雷達獲得海面上雷達波束覆蓋區不同位置處回波的功率分布；步驟二，從海洋不同位置處回波的功率分布中提取回波功率隨探測距離的衰減分布，即回波功率衰減變化率；
步驟三，根據回波功率衰減變化率求解回波在海面傳播時的Norton衰減因子隨探測距離的變化；步驟四，根據回波在海面傳播時的Norton衰減因子隨探測距離的變化及其回波在海面傳播時的Norton衰減因子和海面電導率的關係反演海面電導率分布。步驟一具體為採用數字波束形成方法對雷達回波信號進行預處理後，獲取海面上雷達波束覆蓋區不同位置處回波的功率分布。步驟二中所得的回波功率隨探測距離的衰減分布為
權利要求
1.一種利用高頻地波雷達遙感海面電導率分布的方法，其特徵在於，包括步驟 步驟一，利用雷達獲得海面上雷達波束覆蓋區不同位置處回波的功率分布； 步驟二，從海洋不同位置處回波的功率分布中提取回波功率隨探測距離的衰減分布，即回波功率衰減變化率； 步驟三，根據回波功率衰減變化率求解回波在海面傳播時的Norton衰減因子隨探測距離的變化； 步驟四，根據回波在海面傳播時的Norton衰減因子隨探測距離的變化及回波在海面傳播時的Norton衰減因子和海面電導率的關係反演海面電導率分布。
2.根據權利要求I所述的利用高頻地波雷達遙感海面電導率分布的方法，其特徵在於 步驟一具體為 採用數字波束形成方法對雷達回波信號進行預處理後，獲取海面上雷達波束覆蓋區不同位置處回波的功率分布。
3.根據權利要求I所述的利用高頻地波雷達遙感海面電導率分布的方法，其特徵在於 步驟二中所述的回波功率隨探測距離的衰減分布表示為
4.根據權利要求I所述的利用高頻地波雷達遙感海面電導率分布的方法，其特徵在於 步驟三中根據回波功率衰減變化率求解回波在海面傳播時的Norton衰減因子，具體為 根據回波功率衰減變化率，從回波功率衰減中分離出回波傳播擴散衰減和海面粗糙度相關的衰減後，即可得到回波在海面傳播時的Norton衰減因子隨探測距離的變化。
5.根據權利要求4所述的利用高頻地波雷達遙感海面電導率分布的方法，其特徵在於所述的海面粗糙度相關的衰減為海面粗糙度造成的衰減以及由海面粗糙度形成的後向散射增益。
6.根據權利要求I所述的利用高頻地波雷達遙感海面電導率分布的方法，其特徵在於 所得到的回波在海面傳播時的Norton衰減因子隨探測距離的變化為
7.根據權利要求6所述的利用高頻地波雷達遙感海面電導率分布的方法，其特徵在於 所述的回波在海面傳播時的Norton衰減因子隨探測距離的變化的公式
8.根據權利要求I所述的利用高頻地波雷達遙感海面電導率分布的方法，其特徵在於 步驟四具體為 建立Norton衰減因子、探測距離與海面電導率的函數關係表或Norton衰減因子、探測距離與海面電導率的關係模型，根據回波在海面傳播時的Norton衰減因子隨探測距離的變化及其所建立的Norton衰減因子、探測距離與海面電導率的函數關係表或Norton衰減因子、探測距離與海面電導率的關係模型反演海面電導率隨探測距離的變化，從而得到海面電導率分布。
9.根據權利要求I或8所述的利用高頻地波雷達遙感海面電導率分布的方法，其特徵在於 所述的Norton衰減因子、探測距離與海面電導率的函數關係表或Norton衰減因子、探測距離與海面電導率的關係模型採用如下方法獲得 I)根據實際情況給出海水電導率的可能範圍[omin，σ_]，在該範圍內進行N個點的均值釆樣，離散化步長為
全文摘要
本發明公開了一種利用高頻地波雷達遙感海面電導率分布的方法，包括步驟利用雷達獲得海面上雷達波束覆蓋區不同位置處回波的功率分布；從海洋不同位置處回波的功率分布中提取回波功率隨探測距離的衰減分布，即回波功率衰減變化率；根據回波功率衰減變化率求解回波在海面傳播時的Norton衰減因子隨探測距離的變化；根據回波在海面傳播時的Norton衰減因子和海面電導率的關係反演海面電導率分布。本發明的利用雷達遙感海面電導率分布的方法屬於首創，該方法簡單，成本低，可快速探測到數萬平方公里海面的電導率分布信息。海面電導率分布可用於計算海表面鹽度，可為海洋學研究、海洋災害監測與預報、海洋工程環境評價等提供實時觀測資料。
文檔編號G01S7/41GK102818933SQ201210326588
公開日2012年12月12日 申請日期2012年9月6日 優先權日2012年9月6日
發明者吳雄斌, 陳驍鋒, 沈志奔, 李倫 申請人:武漢大學