[发明专利]时变多尺度电大区域海面电磁散射矢量场的并行计算方法

说明书

本发明公开了一种时变多尺度电大区域海面电磁散射矢量场的并行计算方法，包括步骤：建立重力波海面模型；重力波与张力波的截断频率k_c的确定，利用基尔霍夫求解重力波下的相干散射，利用小扰动近似求解张力波的Bragg散射；利用重力波调制张力波谱得到各面元下张力波的矢量场；利用Z‑BUFFER方法进行面元遮蔽判断；利用场的矢量叠加原理确定各面元下的矢量场的幅度与相位。本发明基于重力波调制张力波谱以及电大区域粗糙海面的时变多尺度回波特性特点，将张力波利用重力波进行调制，利用基尔霍夫和小扰动近似法结合CUDA并行计算大区域粗糙海面的散射场、和多普勒谱，实现时变多尺度电大区域粗糙海面雷达回波特性分析。

技术领域

本发明涉及一种电大区域时变多尺度海面电磁散射矢量场时间序列计算方法，采用基于重力波调制张力波谱的时变多尺度电大区域海面电磁散射矢量场时间序列的并行计算方法，重力波调制张力波谱的高频近似方法可以求解电大区域海面矢量场时间序列，并行计算可以提高计算效率。

背景技术

电磁散射研究在海洋上的遥感、目标探测与追踪以及SAR成像等领域起着极为重要的作用，一直以来传统的高频计算海面电磁散射方法是通过求集平均的方法来统计得到海面总回波散射系数的，在实际的电大尺寸海面电磁散射雷达探测中，通常接受到的信号为一系列时间序列，时间序列中包含了海况等各种海态参数信息，是雷达进行目标探测的主要信息来源，然而通过实验获取这些杂波时间序列成本高昂，所以通过计算机仿真，对动态海面进行电磁散射建模不失为一种有效而快速的研究方法。

针对不同的电磁波参数，电大区域时变多尺度海面对应了不同的散射机制，其中大尺度重力波对应粗糙海面下的相干散射，小尺度张力波对应重力波调制下的布拉格散射，而对于重力波与张力波的截断频率一直是一个难点，早期简单基于电磁波波数，缺乏针对性变化。随着海面区域的增大，海面的剖分面元也随着增大，对时变电大区域海面的散射场矢量时间序列的建模造成制约，根据目前检索国内外资料表明，分析电大区域多尺度粗糙海面散射矢量场的时间序列特性还未见报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于重力波调制张力波谱的时变多尺度电大区域海面电磁散射矢量场时间序列的并行计算方法，基于叠加法的大尺度重力波海面并行建模方法，考虑重力波的相干散射，及重力波的倾斜调制和毛细波的相位调制，利用截断频率将粗糙海面分为大尺度重力波与小尺度张力波，，利用Z-Buffer方法对面元进行遮蔽判断，利用矢量叠加原理计算动态海面的杂波时间序列和多普勒谱，并利用CUDA技术进行并行计算。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种基于重力波调制张力波谱的时变多尺度电大区域海面电磁散射矢量场时间序列的并行计算方法，包括以下步骤：

1)基于叠加法的大尺度重力波海面并行建模；

2)基于基尔霍夫计算条件与小扰动计算条件，给出不同频率不同海情下大尺度重力波与小尺度张力波的截断波数k_c

3)基于截断波数k_c，当面元为大尺度重力波时，利用面元基尔霍夫方法求得相干散射场，当面元为小尺度张力波时，利用面元小扰动近似方法得到基于大尺度面元本地坐标系下的张力波Bragg散射场，并利用Z-Buffer方法对不同雷达照射下海面进行面元遮挡判断。

4)利用重力波调制张力波谱的面元法及场的矢量叠加原理求得电大区域时变多尺度海面的电磁场的时间序列，最终得到场的多普勒谱。。

5)基于GPU利用CUDA对每个海面的面元进行并行，每个kernel计算单个面元的散射场，同时进行计算，并对时间循环，利用异步传输理论，提高并行效率，大大提高计算效率。

所述的步骤1)中基于叠加法的大尺度重力波海面并行建模公式如下：