本申請(qǐng)涉及合成孔徑雷達(dá)(sar：syntheticapertureradar)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及sar海面仿真方法及裝置。

背景技術(shù)：

上升流是指海水由深層向海表淺層垂直運(yùn)動(dòng)的一種海洋現(xiàn)象，一般認(rèn)為風(fēng)的驅(qū)動(dòng)是上升流發(fā)生的動(dòng)力來(lái)源。上升流的存在能夠?qū)⑸钏畢^(qū)豐富的營(yíng)養(yǎng)鹽帶到海表淺層，從而促進(jìn)浮游生物的光合作用。因此，通常情況下，上升流海區(qū)具有較高的初級(jí)生產(chǎn)力，較高的初級(jí)生產(chǎn)力往往能促成漁場(chǎng)的形成，南美洲的秘魯漁場(chǎng)及中國(guó)舟山漁場(chǎng)均處于上升流海區(qū)。研究表明，僅占海洋面積5％的五個(gè)主要上升流漁場(chǎng)提供了全球25％的漁獲量。上升流通過(guò)營(yíng)養(yǎng)鹽的輸運(yùn)，不僅能夠形成漁場(chǎng)，對(duì)全球碳循環(huán)也存在重要意義，并且通過(guò)多種方式影響海洋的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、熱量以及污染物等的交換，對(duì)海洋運(yùn)動(dòng)也產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，與此同時(shí)，也影響著人類活動(dòng)。

合成孔徑雷達(dá)是一種主動(dòng)式微波成像雷達(dá)，通過(guò)測(cè)量和處理海面的后向散射信號(hào)，獲得海面的后向散射強(qiáng)度圖像，換而言之，sar能夠探測(cè)海面的粗糙度并成像。由于sar具有高空間分辨率、全天時(shí)、全天候的特點(diǎn)，即使在惡劣條件下，sar圖像也能夠包含詳細(xì)的海面空間信息，能夠彌補(bǔ)可見(jiàn)光和紅外傳感器等其他傳感器的不足。然而，基于sar單一提取海面風(fēng)場(chǎng)或海浪信息的方法實(shí)現(xiàn)sar海面仿真，仍然存在sar海面仿真結(jié)果準(zhǔn)確性較差的問(wèn)題，無(wú)法滿足人們對(duì)海面仿真有效性的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本申請(qǐng)實(shí)施例提出了sar海面仿真方法及裝置，以解決現(xiàn)有sar海面仿真結(jié)果準(zhǔn)確性較差的技術(shù)問(wèn)題。

在一個(gè)方面，本申請(qǐng)實(shí)施例提供了sar海面仿真方法，其特征在于，包括：

根據(jù)海表粗糙度，利用雷達(dá)成像模型得到海表高頻微尺度波的波譜；

根據(jù)海表高頻微尺度波的波譜，利用能量控制方程得到高頻微尺度波的波譜解；

基于上升流的海表溫度函數(shù)，對(duì)高頻微尺度波的波譜解進(jìn)行海洋鋒面仿真，得到sar海面仿真。

在另一個(gè)方面，本申請(qǐng)實(shí)施例提供了sar海面仿真裝置，其特征在于，包括：

波譜模塊，用于根據(jù)海表粗糙度，利用雷達(dá)成像模型得到海表高頻微尺度波的波譜；

波譜解模塊，用于根據(jù)海表高頻微尺度波的波譜，利用能量控制方程得到高頻微尺度波的波譜解；

仿真模塊，用于基于上升流的海表溫度函數(shù)，對(duì)高頻微尺度波的波譜解進(jìn)行海洋鋒面仿真，得到sar海面仿真。

優(yōu)選地，所述波譜模塊包括：

通過(guò)量化海表粗糙度，獲得雷達(dá)信號(hào)的歸一化后向散射截面強(qiáng)度，所述海表粗糙度包括大尺度波傾斜造成的均方斜率、波浪破碎，以及布拉格波；

歸一化后向散射截面強(qiáng)度的計(jì)算公式為，

其中，代表布拉格波散射，代表由均方斜率構(gòu)成的雷達(dá)信號(hào)的鏡面反射，代表大尺度波的波浪破碎。

優(yōu)選地，所述波譜解模塊包括：

高頻微尺度波的波譜具有能量平衡狀態(tài)，能量控制方程為，

高頻微尺度波的波譜解計(jì)算公式為，

優(yōu)選地，所述仿真模塊包括：

根據(jù)上升流的海表溫度函數(shù)，利用拖曳系數(shù)確定海表風(fēng)摩擦速度；

根據(jù)海表風(fēng)摩擦速度，計(jì)算出所述海表溫度函數(shù)對(duì)應(yīng)的風(fēng)應(yīng)力值；

在sar對(duì)海面的觀測(cè)角在20°～70°時(shí)，根據(jù)所述風(fēng)應(yīng)力值，對(duì)高頻微尺度波的波譜解進(jìn)行布拉格仿真，得到后向散射截面強(qiáng)度；

其中，海表溫度函數(shù)為，

t(x)＝1x<w1

t(x)＝t+k1xw1<x<w2

t(x)＝2x>w2。

優(yōu)選地，所述對(duì)高頻微尺度波的波譜解進(jìn)行布拉格仿真，得到后向散射截面強(qiáng)度的步驟包括：

當(dāng)波長(zhǎng)λb＝λr/2sinθ時(shí)，該波長(zhǎng)λb的微尺度波為布拉格波，利用布拉格共振散射機(jī)制計(jì)算后向散射截面強(qiáng)度，計(jì)算公式為，

其中，kr＝2π/λr，kb＝2π/λb分別為雷達(dá)波波數(shù)和布拉格波波數(shù)；gpp為極化函數(shù)，ψ為微尺度波波譜。

優(yōu)選地，還包括：

一維仿真模塊，用于在sar對(duì)海面的觀測(cè)角在20°～70°時(shí)，根據(jù)基于上升流的海表溫度函數(shù)和流場(chǎng)函數(shù)，對(duì)高頻微尺度波的波譜解進(jìn)行海洋鋒面仿真，得到一維sar海面仿真；

其中，海表溫度函數(shù)為，

t(x)＝1x＜w1

t(x)＝t+k2xw1＜x＜w2

t(x)＝2x＞w2

所述流場(chǎng)函數(shù)為，

u(x)＝2x＜w1

u(x)＝uc+k1xw1＜x＜w2

u(x)＝4x＞w2。

優(yōu)選地，還包括：

二維仿真模塊，用于在sar對(duì)海面的觀測(cè)角在20°-70°，風(fēng)向?yàn)?00°時(shí)，根據(jù)基于上升流的海表溫度函數(shù)和流場(chǎng)函數(shù)，對(duì)高頻微尺度波的波譜解進(jìn)行海洋鋒面仿真，得到二維sar海面仿真。

有益效果如下：

本申請(qǐng)實(shí)施例所提供的sar海面仿真方法及裝置，根據(jù)海表粗糙度，利用雷達(dá)成像模型得到海表高頻微尺度波的波譜，根據(jù)海表高頻微尺度波的波譜，利用能量控制方程得到高頻微尺度波的波譜解，基于上升流的海表溫度函數(shù)，對(duì)高頻微尺度波的波譜解進(jìn)行海洋鋒面仿真，得到sar海面仿真，以解決現(xiàn)有存在的sar海面仿真結(jié)果準(zhǔn)確性較差的技術(shù)問(wèn)題，從而滿足人們對(duì)海面仿真有效性的需求。

附圖說(shuō)明

下面將參照附圖描述本申請(qǐng)的具體實(shí)施例，其中：

圖1示出了本申請(qǐng)實(shí)施例一中sar海面仿真的方法原理圖；

圖2示出了本申請(qǐng)實(shí)施例一中sar海面仿真的方法流程圖；

圖3示出了本申請(qǐng)實(shí)施例一中sar海面仿真的雷達(dá)成像模型原理假設(shè)示意圖；

圖4示出了本申請(qǐng)實(shí)施例二中sar海面仿真的sst變化分布示意圖；

圖5示出了本申請(qǐng)實(shí)施例二中sar海面仿真的sst引起的nrcs變化仿真結(jié)果示意圖；

圖6示出了本申請(qǐng)實(shí)施例二中sar海面仿真的流場(chǎng)及sst變化分布示意圖；

圖7示出了本申請(qǐng)實(shí)施例二中sar海面仿真的流場(chǎng)及sst變化引起的上升流一維仿真結(jié)果示意圖；

圖8示出了本申請(qǐng)實(shí)施例二中sar海面仿真的流場(chǎng)及sst變化引起的上升流二維仿真結(jié)果示意圖；

圖9示出了本申請(qǐng)實(shí)施例三中sar海面仿真的裝置結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

為了使本申請(qǐng)的技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖對(duì)本申請(qǐng)的示例性實(shí)施例進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本申請(qǐng)的一部分實(shí)施例，而不是所有實(shí)施例的窮舉。并且在不沖突的情況下，本說(shuō)明中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以互相結(jié)合。

在上升流的形成過(guò)程中，海水由深層向海表淺層運(yùn)動(dòng)，海表溫度(sst：seasurfacetemperature)會(huì)隨該過(guò)程形成一個(gè)溫度變化，海表流場(chǎng)也會(huì)發(fā)生變化，伴隨劇烈的海氣運(yùn)動(dòng)，物理參數(shù)以及相應(yīng)的化學(xué)生物參數(shù)也會(huì)發(fā)生變化，其中溫度變化和海表流場(chǎng)改變是上升流的形成過(guò)程中兩個(gè)比較重要的影響方面。

sar利用散射信號(hào)的多普勒頻移獲得相對(duì)較高的方位分辨率，同時(shí)通過(guò)發(fā)射微波脈沖得到較高的距離分辨率，并通過(guò)搭載在飛機(jī)或者衛(wèi)星上以實(shí)現(xiàn)對(duì)海表面的高精度監(jiān)測(cè)。根據(jù)布拉格散射機(jī)制，在中等入射角情況下，也就是當(dāng)星載sar對(duì)海洋的觀測(cè)角范圍為20°～70°時(shí)，一般采用bragg共振散射理論，bragg共振散射是指將粗糙海表面看作許多平面波線性疊加。此外，電磁波散射也是一個(gè)線性過(guò)程，在遠(yuǎn)離海表面的情形下，粗糙海表面各不同波分量相干疊加，增強(qiáng)了一定尺度的周期性結(jié)構(gòu)散射，同時(shí)，削弱其他周期性結(jié)構(gòu)散射，如同衍射光柵一樣。同時(shí)，結(jié)合海表流場(chǎng)對(duì)sar成像的影響，采用雷達(dá)成像模型，進(jìn)一步探究上升流的過(guò)程。

本申請(qǐng)利用sar接收到的信號(hào)依賴于表面應(yīng)力和表面粗糙度的關(guān)系，結(jié)合海表面溫度對(duì)海表空氣密度、海水密度以及海水的粘性系數(shù)等的影響，通過(guò)sst來(lái)改變厘米尺度波的成長(zhǎng)速度。具體地，將sst引入到雷達(dá)成像模型中，對(duì)上升流過(guò)程進(jìn)行仿真，通過(guò)對(duì)上升流過(guò)程與海表粗糙度兩者之間的影響因素，分析波流相互作用，即海表流場(chǎng)對(duì)上升流的影響，再通過(guò)結(jié)合海表流場(chǎng)，分析海表流場(chǎng)對(duì)上升流過(guò)程中sar海浪成像的影響，以探究上升流在sar成像中的機(jī)理。

為了便于本申請(qǐng)的實(shí)施，下面以實(shí)例進(jìn)行說(shuō)明。

實(shí)施例一、

圖1示出了本申請(qǐng)實(shí)施例一中sar海面仿真的方法原理圖，如圖1所示，包括：

步驟101：根據(jù)海表粗糙度，利用雷達(dá)成像模型得到海表高頻微尺度波的波譜。

步驟102：根據(jù)海表高頻微尺度波的波譜，利用能量控制方程得到高頻微尺度波的波譜解。

步驟103：基于上升流的海表溫度函數(shù)，對(duì)高頻微尺度波的波譜解進(jìn)行海洋鋒面仿真，得到sar海面仿真。

進(jìn)一步地，所述根據(jù)海表粗糙度，利用雷達(dá)成像模型得到海表高頻微尺度波的波譜的步驟包括：

通過(guò)量化海表粗糙度，獲得雷達(dá)信號(hào)的歸一化后向散射截面強(qiáng)度，所述海表粗糙度包括大尺度波傾斜造成的均方斜率、波浪破碎，以及布拉格波；

歸一化后向散射截面強(qiáng)度的計(jì)算公式為，

其中，代表布拉格波散射，代表由均方斜率構(gòu)成的雷達(dá)信號(hào)的鏡面反射，代表大尺度波的波浪破碎。

進(jìn)一步地，所述根據(jù)海表高頻微尺度波的波譜，利用能量控制方程得到高頻微尺度波的波譜解的步驟包括：

高頻微尺度波的波譜具有能量平衡狀態(tài)，能量控制方程為，

高頻微尺度波的波譜解計(jì)算公式為，

進(jìn)一步地，所述根據(jù)基于上升流的海表溫度函數(shù)，對(duì)高頻微尺度波的波譜解進(jìn)行海洋鋒面仿真，得到sar海面仿真的步驟包括：

根據(jù)上升流的海表溫度函數(shù)，利用拖曳系數(shù)確定海表風(fēng)摩擦速度；

根據(jù)海表風(fēng)摩擦速度，計(jì)算出所述海表溫度函數(shù)對(duì)應(yīng)的風(fēng)應(yīng)力值；

在sar對(duì)海面的觀測(cè)角在20°～70°時(shí)，根據(jù)所述風(fēng)應(yīng)力值，對(duì)高頻微尺度波的波譜解進(jìn)行布拉格仿真，得到后向散射截面強(qiáng)度；

其中，海表溫度函數(shù)為，

t(x)＝1x<w1

t(x)＝t+k1xw1<x<w2

t(x)＝2x>w2。

進(jìn)一步地，所述對(duì)高頻微尺度波的波譜解進(jìn)行布拉格仿真，得到后向散射截面強(qiáng)度的步驟包括：

當(dāng)波長(zhǎng)λb＝λr/2sinθ時(shí)，該波長(zhǎng)λb的微尺度波為布拉格波，利用布拉格共振散射機(jī)制計(jì)算后向散射截面強(qiáng)度，計(jì)算公式為，

其中，kr＝2π/λr，kb＝2π/λb分別為雷達(dá)波波數(shù)和布拉格波波數(shù)；gpp為極化函數(shù)，ψ為微尺度波波譜。

進(jìn)一步地，還包括：

在sar對(duì)海面的觀測(cè)角在20°～70°時(shí)，根據(jù)基于上升流的海表溫度函數(shù)和流場(chǎng)函數(shù)，對(duì)高頻微尺度波的波譜解進(jìn)行海洋鋒面仿真，得到一維sar海面仿真；

其中，海表溫度函數(shù)為，

t(x)＝1x＜w1

t(x)＝t+k2xw1＜x＜w2

t(x)＝2x＞w2

所述流場(chǎng)函數(shù)為，

u(x)＝2x＜w1

u(x)＝uc+k1xw1＜x＜w2

u(x)＝4x＞w2。

進(jìn)一步地，還包括：

在sar對(duì)海面的觀測(cè)角在20°～70°，風(fēng)向?yàn)?00°時(shí)，根據(jù)基于上升流的海表溫度函數(shù)和流場(chǎng)函數(shù)，對(duì)高頻微尺度波的波譜解進(jìn)行海洋鋒面仿真，得到二維sar海面仿真。

本申請(qǐng)基于sst和海表流場(chǎng)在上升流過(guò)程中的影響，利用雷達(dá)成像模型結(jié)合sar海面散射模型，分析上升流在sar成像中的機(jī)理，圖2示出了本申請(qǐng)實(shí)施例一中sar海面仿真的方法流程圖，如圖2所示，具體方法如下：

步驟201：利用雷達(dá)成像模型，分析海表波浪對(duì)雷達(dá)成像過(guò)程的影響。

圖3示出了本申請(qǐng)實(shí)施例一中sar海面仿真的雷達(dá)成像模型原理假設(shè)示意圖，如圖3所示，雷達(dá)成像模型是基于以下假設(shè)與原則進(jìn)行的，影響海表粗糙度的主要因素包括海表流場(chǎng)分布，海表面附近風(fēng)場(chǎng)以及海表面的活性物質(zhì)，以上三者共同決定著海洋表面的粗糙度，將粗糙度分割成大尺度的波浪和小尺度的布拉格波。其中，在大尺度的波浪中，海面均方斜率主要構(gòu)成對(duì)雷達(dá)信號(hào)的鏡面反射(sp)，同時(shí)也通過(guò)短波的傾斜對(duì)布拉格波bragg(br)散射產(chǎn)生一定的影響，同時(shí)，大尺度波浪的波浪破碎(wb)也會(huì)改變海表的粗糙度并生成小尺度的布拉格波，以上因素均影響雷達(dá)的后向散射截面強(qiáng)度，可見(jiàn)，通過(guò)對(duì)上述參數(shù)的量化，能夠近似獲得雷達(dá)的后向散射截面強(qiáng)度。

海表粗糙度由大尺度波浪傾斜造成的均方斜率(mss)以及波浪破碎(wb)和小尺度bragg波(br)組成，以上三者構(gòu)成歸一化雷達(dá)后向散射截面(nrcs：normalizedradar-backscattercrosssection)：

其中，代表布拉格波散射，代表鏡面反射，代表波浪破碎，對(duì)雷達(dá)信號(hào)散射造成的影響。在雷達(dá)入射角范圍內(nèi)，一般鏡面反射部分微弱，可以忽略；由于波浪破碎可以在局部地區(qū)形成一個(gè)較強(qiáng)的散射信號(hào)，對(duì)于h極化的雷達(dá)信號(hào)而言，雖然波浪破碎所占的比重不多，但難以直接忽略；此外，厘米尺度的bragg波可以由長(zhǎng)波(如，分米波或者更長(zhǎng))的波浪破碎生成得到，一般也難以直接忽略。

步驟202：根據(jù)能量控制方程，在波浪譜s(k)平衡范圍內(nèi)，將上述假設(shè)簡(jiǎn)化為以下方程：

其中，(2)式第一項(xiàng)表示風(fēng)應(yīng)力和粘性耗散，第二項(xiàng)表示非線性耗散，第三項(xiàng)表示由于波浪破碎造成的能量輸入。在(2)式中，風(fēng)浪飽和譜α和n均是經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，成長(zhǎng)速度β是風(fēng)的成長(zhǎng)速度βw和粘性耗散βv兩者之差。粘性耗散βv由(3)式計(jì)算得到：

βv＝4vk²/ω(3)

風(fēng)的成長(zhǎng)速度βw由(4)式計(jì)算得到：

其中，是風(fēng)向與波浪方向的夾角，k是波數(shù)，u*是摩擦風(fēng)速，uπ/k是在高處z＝π/k時(shí)的風(fēng)速，c＝ω/k為相速度。波浪頻率ω＝(gk+γk³)^0.5，sst通過(guò)對(duì)海水表面張力γ的改變以影響波浪頻率ω。

厘米尺度的風(fēng)浪在海表數(shù)厘米處通過(guò)海氣之間的相互作用生成，海表附近的海水溫度與空氣溫度較為接近，空氣溫度ta對(duì)于(4)式中的影響主要體現(xiàn)在ρa(bǔ)，而海水溫度tw對(duì)于(3)式中的影響集中于海水粘性系數(shù)v上。此外，摩擦風(fēng)速u*可通過(guò)拖曳系數(shù)cd計(jì)算得到：

u*²＝cdu²(5)

其中，u為海面風(fēng)速，u*用于反映海氣之間的動(dòng)量交換。拖曳系數(shù)cd采用風(fēng)速w和大氣海洋溫差(ta-tw)的函數(shù)關(guān)系獲得，通過(guò)多項(xiàng)式近似表示如下，

cd＝α1+α2u+α3(ta-tw)+α4u²+α5(ta-tw)²+α6u(ta-tw)(6)

具體的拖曳系數(shù)cd表達(dá)式如下：

cd＝0.934×10^-3+0.788×10^-4u+0.868×10^-4δt-0.616×10^-6u²

-0.12×10^-5δt²-0.214×10^-5uδt(7)

其中，δt＝ta-tw，單位為℃。

步驟203：在通過(guò)雷達(dá)成像模型獲得波譜后，將波譜解代入bragg仿真模型中。

步驟204：在海面上，不同尺度的周期性結(jié)構(gòu)由不同波長(zhǎng)的微尺度波組成，對(duì)于波長(zhǎng)為kr，入射角為θ的雷達(dá)波，波峰線與雷達(dá)視線垂直的特定波長(zhǎng)λb的微尺度波發(fā)生bragg共振散射。當(dāng)波長(zhǎng)λb＝λr/2sinθ時(shí)，該波長(zhǎng)λb的微尺度波即為bragg波，由bragg共振散射理論獲得的nrcs如下所示：

其中，kr＝2π/λr，kb＝2π/λb分別是雷達(dá)波波數(shù)和bragg波波數(shù)；gpp是極化函數(shù)，εr是海水復(fù)介電常數(shù)；下標(biāo)hh和vv分別代表發(fā)生和接收信號(hào)的極化方式，ψ是二維微尺度波波譜。

實(shí)施例二、

圖4示出了本申請(qǐng)實(shí)施例二中sar海面仿真的sst變化分布示意圖；，如圖4所示，利用一維海洋鋒面仿真以驗(yàn)證仿真模型的可行性，即采用一維sst進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，海水溫度、大氣溫度、風(fēng)速均為定常條件，只有上升流引起的海水溫度為變量t(x)，一維sst函數(shù)為：

t(x)＝1x<w1

t(x)＝t+k1xw1<x<w2

t(x)＝2x>w2

圖5示出了本申請(qǐng)實(shí)施例二中sar海面仿真的sst引起的nrcs變化仿真結(jié)果示意圖，如圖5所示，通過(guò)仿真c-band條件下的鋒面情況，波數(shù)入射角采用中等入射角(θ＝30°)，將上述條件代入到仿真模型中，得到一維仿真結(jié)果為，鋒面與sst變化較為吻合，能夠反映出在上升流過(guò)程中，海表溫度對(duì)sar成像產(chǎn)生的影響。

基于上升流過(guò)程中sst形成的nrcs變化范圍，將sst影響因子和流場(chǎng)加入到控制方程中。一般認(rèn)為，海面高頻微尺度波的波譜具有能量平衡狀態(tài)，能量控制方程如下：

其中，ψ(k)為微尺度波波譜，對(duì)應(yīng)散射模型中的微尺度波波譜，cg為波群速度，方程左側(cè)代表微尺度波波譜隨時(shí)間的變化，右側(cè)對(duì)應(yīng)各能量的輸入，具體包括：風(fēng)輸入源函數(shù)sin(k)，非線性波相互作用源函數(shù)snl(k)，由于分子粘性作用和海浪破碎引起的耗散源函數(shù)sds(k)，波流相互作用源函數(shù)scu(k)，在海洋高頻波譜傳播中，各輸入平衡，則：

sin(k)+snl(k)+sds(k)+scu(k)＝0(12)

各輸入源對(duì)應(yīng)的表達(dá)式如下：風(fēng)輸入源函數(shù)的譜形式：式中，m＝0.04；毛細(xì)-重力波段的源函數(shù)：snl(k)＝-m3k^-4ωb²(k)，和毛細(xì)波段的源函數(shù)：snl(k)＝-m4k^-4ωb²(k)，式中m3和m4分別為無(wú)量綱常數(shù)；分子粘性力耗散源函數(shù)：sds(k)＝-4γk²ψ(k)，加入耗散源函數(shù)得到：sbk(k)＝-36ωk¹⁰ψ(k)^3.5；由于波流相互作用源函數(shù)理論解過(guò)于復(fù)雜，采用0階近似數(shù)值形式：

其中，u和v為大尺度背景流場(chǎng)(流，海洋鋒，內(nèi)波，地形)的速度分量，為微尺度波的傳播波向，即為由于海面風(fēng)誘發(fā)的微尺度波的傳播方向，認(rèn)為與風(fēng)向平行。

結(jié)合上述分析，在c波段發(fā)生共振的海表微尺度波的波譜解形式如下，

加入sst影響因子進(jìn)行分析，sst通過(guò)影響拖曳系數(shù)，改變海面風(fēng)摩擦速度的大小，結(jié)合(5)式，對(duì)海溫tw進(jìn)行求導(dǎo)，獲得sst對(duì)應(yīng)的風(fēng)應(yīng)力影響因子：1/2d(lncd)/d(tw)，將影響因子代入波譜解，并僅考慮c波段vv極化中等入射角條件下的仿真，可得：

圖6示出了本申請(qǐng)實(shí)施例二中sar海面仿真的流場(chǎng)及sst變化分布示意圖，如圖6所示，采用一維流場(chǎng)與sst進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，假定大氣溫度、海表面溫度和風(fēng)速均為定常(u＝15m/s，ta＝5℃，tw＝15℃)，變量只有流場(chǎng)u(x)，v(x)與流場(chǎng)伴生的海面水溫異常t(x)。一維流場(chǎng)函數(shù)為：

u(x)＝2x＜w1

u(x)＝uc+k1xw1＜x＜w2

u(x)＝4x＞w2

同樣的，一維sst函數(shù)為：

t(x)＝1x＜w1

t(x)＝t+k2xw1＜x＜w2

t(x)＝2x＞w2

圖7示出了本申請(qǐng)實(shí)施例二中sar海面仿真的流場(chǎng)及sst變化引起的上升流一維仿真結(jié)果示意圖，如圖7所示，通過(guò)仿真c-band條件下的鋒面狀況，即考慮bragg仿真模型的使用范圍，并采用典型的中等入射角(θ＝30°)代入海洋鋒面的仿真模型，得到一維仿真結(jié)果為，鋒面與流速梯度吻合性較好，能夠得到明顯的鋒面邊緣與鋒面內(nèi)部的變化趨勢(shì)。

圖8示出了本申請(qǐng)實(shí)施例二中sar海面仿真的流場(chǎng)及sst變化引起的上升流二維仿真結(jié)果示意圖，如圖8所示，采用海洋鋒仿真模型對(duì)二維海面仿真，假定條件(風(fēng)向＝100°，入射角θ＝30°)，二維海洋鋒面仿真結(jié)果為，nrcs整體由風(fēng)速控制，即nrcs的總體變化趨勢(shì)由風(fēng)速梯度控制，流速梯度控制nrcs的局部變化趨勢(shì)。

基于同一發(fā)明構(gòu)思，本申請(qǐng)實(shí)施例中還提供了一種sar海面仿真裝置，由于這些設(shè)備解決問(wèn)題的原理與一種sar海面仿真方法相似，因此這些設(shè)備的實(shí)施可以參見(jiàn)方法的實(shí)施，重復(fù)之處不再贅述。

實(shí)施例三、

圖9示出了本申請(qǐng)實(shí)施例三中sar海面仿真的裝置結(jié)構(gòu)圖，如圖9所示，裝置可以包括：

波譜模塊901，用于根據(jù)海表粗糙度，利用雷達(dá)成像模型得到海表高頻微尺度波的波譜。

波譜解模塊902，用于根據(jù)海表高頻微尺度波的波譜，利用能量控制方程得到高頻微尺度波的波譜解。

仿真模塊903，用于基于上升流的海表溫度函數(shù)，對(duì)高頻微尺度波的波譜解進(jìn)行海洋鋒面仿真，得到sar海面仿真。

進(jìn)一步地，所述波譜模塊901包括：

通過(guò)量化海表粗糙度，獲得雷達(dá)信號(hào)的歸一化后向散射截面強(qiáng)度，所述海表粗糙度包括大尺度波傾斜造成的均方斜率、波浪破碎，以及布拉格波；

歸一化后向散射截面強(qiáng)度的計(jì)算公式為，

其中，代表布拉格波散射，代表由均方斜率構(gòu)成的雷達(dá)信號(hào)的鏡面反射，代表大尺度波的波浪破碎。

進(jìn)一步地，所述波譜解模塊902包括：

高頻微尺度波的波譜具有能量平衡狀態(tài)，能量控制方程為，

高頻微尺度波的波譜解計(jì)算公式為，

進(jìn)一步地，所述仿真模塊903包括：

根據(jù)上升流的海表溫度函數(shù)，利用拖曳系數(shù)確定海表風(fēng)摩擦速度；

根據(jù)海表風(fēng)摩擦速度，計(jì)算出所述海表溫度函數(shù)對(duì)應(yīng)的風(fēng)應(yīng)力值；

在sar對(duì)海面的觀測(cè)角在20°～70°時(shí)，根據(jù)所述風(fēng)應(yīng)力值，對(duì)高頻微尺度波的波譜解進(jìn)行布拉格仿真，得到后向散射截面強(qiáng)度；

其中，海表溫度函數(shù)為，

t(x)＝1x<w1

t(x)＝t+k1xw1<x<w2

t(x)＝2x>w2。

進(jìn)一步地，，所述對(duì)高頻微尺度波的波譜解進(jìn)行布拉格仿真，得到后向散射截面強(qiáng)度的步驟包括：

當(dāng)波長(zhǎng)λb＝λr/2sinθ時(shí)，該波長(zhǎng)λb的微尺度波為布拉格波，利用布拉格共振散射機(jī)制計(jì)算后向散射截面強(qiáng)度，計(jì)算公式為，

其中，kr＝2π/λr，kb＝2π/λb分別為雷達(dá)波波數(shù)和布拉格波波數(shù)；gpp為極化函數(shù)，ψ為微尺度波波譜。

進(jìn)一步地，還包括：

一維仿真模塊904，用于在sar對(duì)海面的觀測(cè)角在20°～70°時(shí)，根據(jù)基于上升流的海表溫度函數(shù)和流場(chǎng)函數(shù)，對(duì)高頻微尺度波的波譜解進(jìn)行海洋鋒面仿真，得到一維sar海面仿真；

其中，海表溫度函數(shù)為，

t(x)＝1x＜w1

t(x)＝t+k2xw1＜x＜w2

t(x)＝2x＞w2

所述流場(chǎng)函數(shù)為，

u(x)＝2x＜w1

u(x)＝uc+k1xw1＜x＜w2

u(x)＝4x＞w2。

進(jìn)一步地，還包括：

二維仿真模塊905，用于在sar對(duì)海面的觀測(cè)角在20°～70°，風(fēng)向?yàn)?00°時(shí)，根據(jù)基于上升流的海表溫度函數(shù)和流場(chǎng)函數(shù)，對(duì)高頻微尺度波的波譜解進(jìn)行海洋鋒面仿真，得到二維sar海面仿真。

上述實(shí)施例中，均可以采用現(xiàn)有的功能元器件模塊來(lái)實(shí)施。例如，處理模塊可以采用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)處理元器件，至少，現(xiàn)有定位技術(shù)中采用的定位服務(wù)器上便具備實(shí)現(xiàn)該功能元器件；至于接收模塊，則是任意一個(gè)具備信號(hào)傳輸功能的設(shè)備都具備的元器件；同時(shí)，處理模塊進(jìn)行的a、n參數(shù)計(jì)算、強(qiáng)度調(diào)整等采用的都是現(xiàn)有的技術(shù)手段，本領(lǐng)域技術(shù)人員經(jīng)過(guò)相應(yīng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)即可實(shí)現(xiàn)。

為了描述的方便，以上所述裝置的各部分以功能分為各種模塊或單元分別描述。當(dāng)然，在實(shí)施本申請(qǐng)時(shí)可以把各模塊或單元的功能在同一個(gè)或多個(gè)軟件或硬件中實(shí)現(xiàn)。

本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)明白，本申請(qǐng)的實(shí)施例可提供為方法、系統(tǒng)、或計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。因此，本申請(qǐng)可采用完全硬件實(shí)施例、完全軟件實(shí)施例、或結(jié)合軟件和硬件方面的實(shí)施例的形式。而且，本申請(qǐng)可采用在一個(gè)或多個(gè)其中包含有計(jì)算機(jī)可用程序代碼的計(jì)算機(jī)可用存儲(chǔ)介質(zhì)(包括但不限于磁盤存儲(chǔ)器、cd-rom、光學(xué)存儲(chǔ)器等)上實(shí)施的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的形式。

本申請(qǐng)是參照根據(jù)本申請(qǐng)實(shí)施例的方法、設(shè)備(系統(tǒng))、和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的流程圖和/或方框圖來(lái)描述的。應(yīng)理解可由計(jì)算機(jī)程序指令實(shí)現(xiàn)流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結(jié)合?？商峁┻@些計(jì)算機(jī)程序指令到通用計(jì)算機(jī)、專用計(jì)算機(jī)、嵌入式處理機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器以產(chǎn)生一個(gè)機(jī)器，使得通過(guò)計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器執(zhí)行的指令產(chǎn)生用于實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能的裝置。

這些計(jì)算機(jī)程序指令也可存儲(chǔ)在能引導(dǎo)計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備以特定方式工作的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器中，使得存儲(chǔ)在該計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器中的指令產(chǎn)生包括指令裝置的制造品，該指令裝置實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能。

這些計(jì)算機(jī)程序指令也可裝載到計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備上，使得在計(jì)算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行一系列操作步驟以產(chǎn)生計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的處理，從而在計(jì)算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行的指令提供用于實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能的步驟。

盡管已描述了本申請(qǐng)的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對(duì)這些實(shí)施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實(shí)施例以及落入本申請(qǐng)范圍的所有變更和修改。