[发明专利]一种建立改进的波谱仪调制信号模型的方法

说明书

本发明属于海浪微波遥感领域，并公开了一种建立改进的波谱仪调制信号模型的方法。该方法包括下列步骤：(a)建立全局和局地坐标系，求得局地坐标系下斜率的距离分量；(b)计算散射截面随该波谱仪波速入射角的相对变化量；(c)将波谱仪散射截面相对变化量进行二阶泰勒展开；(d)将二阶展开式带入调制信号表达式中得到改进的调制信号模型。通过本发明，提高了波谱仪海面调制信号表达的精确度，在此基础上能获取更精确的海浪方向谱，对提高海况预报精度，发展海洋经济，预警并规避海洋灾害具有重要意义。

技术领域

本发明属于海浪方向谱微波遥感领域，更具体地，涉及一种建立改进的波谱仪调制信号模型的方法。

背景技术

海浪具有随机性，通常可看作是由不同振幅、任意频率、传播方向随机、相位混杂的正弦波组成，海浪可以用一个海浪能量相对于频率和方向分布的物理量——海浪方向谱来描述。某时某地海洋波浪场的统计特性(波高，波长，波周期，波向，波陡等)都可通过海浪方向谱计算得到，所以海浪方向谱极为重要。研究表明，将实时海浪方向谱信息同化到海浪模式中，能够改进全球海洋环境预报模型并提高海况预报精度，对发展海洋经济，预警并规避海洋灾害具有重要意义。

合成孔径雷达(SAR)是目前唯一可进行海浪谱观测的星载波谱仪，然而，SAR仅能够提供波长(150m以上)比较大的海浪谱信息，且时间分辨率较长。波谱仪是一种真实孔径雷达，通过天线的小入射角和360°方位向扫描实现海浪方向谱的高精度测量，且调制谱与海浪谱之间呈线性关系，与SAR相比，原理更简单，处理更容易，可探测波长更小(如50m)；目前，我们正是通过测量波谱仪散射截面的相对变化(调制信号)来进一步反演得到海浪谱，在对海浪谱反演的研究中，认为波谱仪散射截面的相对变化可近似为长波斜率的一阶表达式，事实上这样的近似带来的误差可能是不可忽略的，随着海洋研究技术的发展，对遥感信息的定量化、精确性的要求也越来越高，有必要建立更加精确的波谱仪调制信号模型，为发展高精度的海浪谱反演方法打下基础。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种建立改进的波谱仪调制信号模型的方法，通过将波谱仪散射截面的相对变化进行二阶泰勒展开，加入了二阶效应，由此解决波谱仪调制信号模型误差大，精确性低的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种建立改进的波谱仪调制信号模型的方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

(a)以海平面为基准面建立全局坐标系xoy，以波谱仪观测方向在所述海平面的投影作为X轴，以所述波谱仪的波束足印中心为原点，建立局地坐标系XOY，通过所述全局坐标系和所述局地坐标系之间的坐标转换，得到海面高度在所述局地坐标系中沿所述X轴方向的斜率ξ_X；

(b)基于所述波谱仪的散射截面σ关于该波谱仪的海面后向散射系数σ⁰的表达式，计算该散射截面随该波谱仪波束入射角θ的相对变化量

(c)将所述散射截面的相对变化量按照所述入射角θ进行二阶泰勒展开，并结合所述散射截面的相对变化量得到展开式f₂，该展开式f₂按照表达式(一)进行，

其中，v是中间变量，φ₁是观测方位角φ和逆风向角φ₀之差，σ_u是海面高度沿逆风方向的斜率，σ_c是海面高度沿侧风方向的斜率，Δθ是入射角θ的变化量；

(d)将所述展开式f₂带入二阶波谱仪调制信号模型中，该二阶波谱仪调制信号模型m按照表达式(二)进行，从而得到所需的改进的二阶波谱仪调制信号模型m₂，其中，是方位方向天线的增益，是波谱仪天线方位向的增益角，

进一步优选地，步骤(b)包括下列子步骤：