[发明专利]一种适用于包含多杂质的河冰的河冰RCS的确定方法

说明书

本发明公开了一种适用于包含多杂质的河冰的河冰RCS的确定方法，包括：获取具有随机分布的球形泥沙散射粒子的VRT参数；获取具有随机分布的椭球形气泡散射粒子的VRT参数；通过算术平均方法获得不同河冰介质层的介电常数；确定不同介质交界面的透射率矩阵；将球形泥沙散射粒子的VRT参数、椭球形气泡散射粒子的VRT参数以及透射率矩阵和预设的辐射传输方程，获得不同散射情形下电磁波的散射强度；根据所述不同散射情形下电磁波的散射强度得到不同散射情形下河冰的RCS；根据所述不同散射情形下河冰的RCS确定总的RCS。本发明能够计算河冰上下层表面RCS、河冰内部不同介质交界面的RCS、不同介质层中散射粒子贡献的RCS以及总的RCS。本发明具有测量精度高的特点。

技术领域

本发明涉及一种利用微波散射测量包含多杂质的河冰的河冰RCS的确定方法，属于微波测量领域。

背景技术

在黄河内蒙古河段由于纬度及气温的影响，河冰每年都会封冻，在流凌期可能还会发生流凌灾害。黄河的组成成分与世界其他河流还有很大不同，黄河的输沙量位居世界第一，在这种情况下，黄河冰的组成成分也会有一定的泥沙。在目前的研究中，多国的学者对河冰中气泡的电磁散射进行大量研究，认为气泡是造成河冰体散射的重要原因。但是对于黄河冰这种除了包含气泡还包含较多泥沙杂质的研究还是非常少。

发明内容

有鉴于上述技术问题，本发明提供了一种适用于包含多杂质的河冰的河冰RCS的确定方法，其中RCS(英文全称：Radar Cross Section，雷达散射截面积)，其中河冰是指河水因热量变化产生的结冰现象。本发明实施例通过求解辐射传输方程得到电磁波的散射强度，进一步确定河冰的RCS。具体的实施过程包括：

S1、定义入射波的强度以及辐射传输方程；

S2、获取具有随机分布的球形泥沙散射粒子的VRT参数，具体包括散射振幅函数、散射吸收参数、相矩阵；

S3、获取具有随机分布的椭球形气泡散射粒子的VRT参数，具体包括散射振幅函数、散射吸收参数、相矩阵；

S4、通过算术平均方法获得不同河冰介质层的介电常数；

S5、确定不同介质交界面的透射率矩阵；

S6、将S2与S3计算出的VRT参数以及S5中的透射率矩阵带入到辐射传输方程中，求解不同散射情形下电磁波的散射强度

S7、将S6计算出的散射强度带入到公式中，从而计算出不同散射情形下河冰的RCS；

S8、将不同散射情形计算出的RCS相加算出总的RCS；

进一步地，步骤S2中，求解球形泥沙粒子VRT参数的具体方法为：

S21、根据瑞利近似ka＜＜1，a为散射体的半径，不考虑介质层中球形散射粒子的内部散射，以此求出散射电场，再根据散射电场与入射电场的关系求出散射振幅函数f_pq；

S22、根据入射方向的电磁波强度与来自散射方向的电磁波强度的耦合关系求出相矩阵P₂；

S23、计算球形散射体散射粒子散射系数κ_s2、吸收系数κ_a1以及背景介质的吸收系数κ_a2；

进一步地，步骤S3中，求解椭球形气泡粒子VRT参数的具体方法为：

S31、计算过程与球形粒子相似，只是由于椭球形粒子不是非常对称计算复杂度要大一些，根据瑞利近似kc＜＜1，c为散射体的最大半长轴，不考虑介质层中球形散射粒子的内部散射，以此求出散射电场，再根据散射电场与入射电场的关系求出散射振幅函数f_pq；

S32、根据入射方向的电磁波强度与来自散射方向的电磁波强度的耦合关系求出相矩阵P₁；