[发明专利]多视向SAR海浪谱数据融合的海浪截断波长补偿方法

权利要求书

1.多视向SAR海浪谱数据融合的海浪截断波长补偿方法，其特征是，包括：

进行多视向SAR海浪同步数据模拟仿真，仿真得到包含多颗SAR卫星的虚拟卫星组网，获得每颗SAR卫星的海浪同步数据；进而获得多视向SAR海浪同步数据；

基于多视向SAR海浪同步数据，运用MPI算法对各单星SAR海浪同步数据进行反演，得到各单星SAR海浪同步数据的最适海浪谱，估算各单星海浪同步数据的截断波长；

根据方位角与截断波长的关系确定各单星SAR海浪同步数据的最适海浪谱的融合权值，根据各单星SAR海浪同步数据的最适海浪谱的融合权值对反演得到的最适海浪谱进行数据融合，融合之后得到多星融合之后的最适海浪谱；

基于多星融合之后的最适海浪谱，分别估算融合前后的最适海浪谱对应的截断波长，实现截断波长补偿；

基于多视向SAR海浪同步数据，运用MPI算法对各单星SAR海浪同步数据进行反演，得到各单星SAR海浪同步数据的最适海浪谱；具体步骤包括：

MPI算法描述了二维海浪谱到SAR图像谱的映射关系，通过初猜海浪谱，构造价值函数，通过迭代使价值函数最小化后，输出最适海浪谱和最适SAR谱；

所述进行多视向SAR海浪同步数据模拟仿真，仿真得到包含多颗SAR卫星的虚拟卫星组网，获得每颗SAR卫星的海浪同步数据；进而获得多视向SAR海浪同步数据；具体步骤包括：

S11：进行多视向SAR海浪同步数据模拟仿真，仿真得到包含多颗SAR卫星的虚拟卫星组网；模拟生成海浪谱；

所述模拟生成海浪谱，是向二维PM波数方向谱输入波数、方向和风速，实现模拟生成海浪谱；

所述采用二维PM波数方向谱实现模拟生成海浪谱；具体步骤如下：

其中，a＝0.0081；b＝0.74；g₀为重力加速度，取9.81；K代表波数；U_19.5是海面19.5m高度处的风速；φ是海浪传播方向；φ_m是主波波向，主波波向取值为风向角；φ-φ_m代表的是海浪方向角，即海浪传播方向与风向的夹角，S_PM(k,φ)表示模拟生成的海浪谱；

基于模拟生成的海浪谱，模拟生成二维海面；所述模拟生成二维海面，是向蒙特卡洛算法中输入二维PM波数方向谱，模拟生成二维海面；

所述模拟生成二维海面，具体步骤是：首先，生成二维高斯白噪声，其次，运用二维PM波数方向谱对白噪声进行线性滤波，得到海面高度起伏函数的傅里叶变换，对其做傅里叶逆变换即可得到二维海面；

S12：基于二维海面，计算海面电磁后向散射系数；所述计算海面电磁后向散射系数，是选用双尺度电磁散射模型来进行计算；

S13：基于海面电磁后向散射系数，生成二维海面的回波信号；所述生成二维海面的回波信号，是运用时域回波算法生成二维海面的回波信号；

S14：对海面回波信号进行处理，得到多视向SAR海浪同步数据；

所述对海面回波信号进行处理，得到多视向SAR海浪同步数据；具体步骤为：

在单颗SAR的工作模式为正侧视时，应用RD成像算法处理回波信号得到单个视向的SAR海浪同步数据；因为模拟包含多颗SAR的卫星组网，所以仿真获取多视向SAR海浪同步数据；

采用蒙特卡洛算法模拟生成二维海面；具体步骤如下：

海面高度起伏函数f(x_m,y_n)的表达公式：

其中，L_x代表要产生的二维随机粗糙面在x方向的长度，L_y代表要产生的二维随机粗糙面在y方向的长度，为二维PM波数波数谱，可由二维PM波数方向谱转换得到；为距离向的波数；为方位向的波数；N(0,1)表示均值为0、方差为1的服从高斯分布的随机数；

其中，

所述计算海面电磁后向散射系数，是选用双尺度电磁散射模型来进行计算；

选用双尺度电磁散射模型计算海面电磁后向散射系数：

其中，k代表SAR电磁散射波数；θ_i'为雷达观测入射角；ε代表海水介电常数，可由Debye公式计算得到，取常用值59.61-34.37i；U_VV是垂直极化因子；

所述生成二维海面的回波信号，是运用时域回波算法生成二维海面的回波信号；

运用时域回波算法生成海面回波信号：

n＝1,2,3…N；m＝1,2,3…M

其中，σ为点目标的后向散射截面,ω表示天线双向幅度加权，τ_n表示SAR发射第n个脉冲时间；exp[jπK_r(t-n·PRT-2R(s；r)/C)²]为chirp分量，决定距离向分辨率，为doppler分量，决定方位向分辨率；

所述对海面回波信号进行处理，得到多视向SAR海浪同步数据；具体步骤为：

在单颗SAR的工作模式为正侧视时，应用RD成像算法处理回波信号得到单个视向的SAR海浪同步数据；

价值函数的定义为：

其中，F(k)是初猜海浪谱；F(k)是最适海浪谱；P(k)是观测SAR图像谱；P(k)是最适SAR图像谱；μ是反映初猜谱和观测SAR图像谱的相对置信区间的权重值；B是小正数，防止分母为零；

估算各单星海浪数据的截断波长的公式：

其中，

其中，β代表距离速度比，R是SAR平台到成像目标之间的斜距，V是SAR平台运行速度，是距离向速度调制传递函数，是频率，g＝9.81m/s²是重力加速度，θ是SAR入射角，k_r是波数矩阵k在距离向的分量，F(k)是海浪波数谱；k_r和k满足如下关系：

式中，是海浪传播方向与SAR距离向之间的夹角。