专利名称：一种利用高频地波雷达遥感海面电导率分布的方法
技术领域：
本发明属于无线电物理学和海洋科学技术领域，尤其涉及一种利用高频地波雷达遥感海面电导率分布的方法。
背景技术：
岸基超视距雷达也称为高频地波雷达(HF Surface Wave Radar,简称HFSWR),发射波长为十米量级的电磁波，以表面波(即地波)的形式沿海面传播，波长与海洋表面风生重力波(即波浪)波长相当。海洋粗糙表面散射电磁波的机理类似于X射线探测晶体结构时的Bragg (布拉格)散射，海面重力波波长与电磁波波长构成特定关系时即可对电磁波产生 谐振，形成强烈的散射波。对此散射波进行谱分析可以找到与海洋表面动力学过程(风、浪、流)相对应的谱特征，由此即可提取和反演出海面动力学要素值。作为一种新兴的海洋遥感设备，岸基超视距雷达具有大面积、全天候以及低成本等优点，十分钟的探测即可获得数万平方公里海面流场、浪场和风场信息，探测距离最大可接近400km，甚至更高，被认为是一种能实现对各国海洋专属经济区(EEZ)进行有效监测的高科技手段。各临海发达国家均进行了研发投入，并实施了多年的对比验证和应用示范。目前，国内外超视距雷达海流探测已经达到业务化运行水平，风、浪探测取得了重大突破，雷达探测的数据具有传统单点或若干个点、线测量的数据所难以匹敌的优势。利用高频地波雷达数据进行海洋研究和海岸工程服务，已经成为一种趋势。因为雷达发射电磁波波长远大于雨滴、水雾粒子等的尺度，所以其传播基本不受恶劣天气的影响。影响电磁波海面传播距离的最重要介质因素是表面海水的电导率，电导率越低，电磁波在海面传播时的附加衰减(Norton衰减因子)就越大，那么雷达的探测距离就越近。简单地说就是地波传播对海水电导率敏感。无线电波的海洋散射还有一个特点，那就是基本不受分米以下尺度波浪及其形状的影响，比如7. 5MHz无线电波的波长为40m，其传播就基本不受波长高两个量级如40cm或更短波长(如毛细波)等次尺度海浪的影响，也不受通常会影响微波传播的泡沫的影响。因此通过分析雷达信号在海面不同观测元间的附加衰减数据，结合电波衰减方程，即可获得表面海水电导率分布情况。目前，还没有利用雷达遥感海面电导率分布的技术。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提出了一种根据雷达接收的海洋回波数据反演出雷达探测区域内的海面电导率分布的方法。为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案一种利用高频地波雷达遥感海面电导率分布的方法，包括步骤步骤一，利用雷达获得海面上雷达波束覆盖区不同位置处回波的功率分布；步骤二，从海洋不同位置处回波的功率分布中提取回波功率随探测距离的衰减分布，即回波功率衰减变化率；
步骤三，根据回波功率衰减变化率求解回波在海面传播时的Norton衰减因子随探测距离的变化；步骤四，根据回波在海面传播时的Norton衰减因子随探测距离的变化及其回波在海面传播时的Norton衰减因子和海面电导率的关系反演海面电导率分布。步骤一具体为采用数字波束形成方法对雷达回波信号进行预处理后，获取海面上雷达波束覆盖区不同位置处回波的功率分布。步骤二中所得的回波功率随探测距离的衰减分布为
权利要求
1.一种利用高频地波雷达遥感海面电导率分布的方法，其特征在于，包括步骤 步骤一，利用雷达获得海面上雷达波束覆盖区不同位置处回波的功率分布； 步骤二，从海洋不同位置处回波的功率分布中提取回波功率随探测距离的衰减分布，即回波功率衰减变化率； 步骤三，根据回波功率衰减变化率求解回波在海面传播时的Norton衰减因子随探测距离的变化； 步骤四，根据回波在海面传播时的Norton衰减因子随探测距离的变化及回波在海面传播时的Norton衰减因子和海面电导率的关系反演海面电导率分布。
2.根据权利要求I所述的利用高频地波雷达遥感海面电导率分布的方法，其特征在于 步骤一具体为 采用数字波束形成方法对雷达回波信号进行预处理后，获取海面上雷达波束覆盖区不同位置处回波的功率分布。
3.根据权利要求I所述的利用高频地波雷达遥感海面电导率分布的方法，其特征在于 步骤二中所述的回波功率随探测距离的衰减分布表示为
4.根据权利要求I所述的利用高频地波雷达遥感海面电导率分布的方法，其特征在于 步骤三中根据回波功率衰减变化率求解回波在海面传播时的Norton衰减因子，具体为 根据回波功率衰减变化率，从回波功率衰减中分离出回波传播扩散衰减和海面粗糙度相关的衰减后，即可得到回波在海面传播时的Norton衰减因子随探测距离的变化。
5.根据权利要求4所述的利用高频地波雷达遥感海面电导率分布的方法，其特征在于所述的海面粗糙度相关的衰减为海面粗糙度造成的衰减以及由海面粗糙度形成的后向散射增益。
6.根据权利要求I所述的利用高频地波雷达遥感海面电导率分布的方法，其特征在于 所得到的回波在海面传播时的Norton衰减因子随探测距离的变化为
7.根据权利要求6所述的利用高频地波雷达遥感海面电导率分布的方法，其特征在于 所述的回波在海面传播时的Norton衰减因子随探测距离的变化的公式
8.根据权利要求I所述的利用高频地波雷达遥感海面电导率分布的方法，其特征在于 步骤四具体为 建立Norton衰减因子、探测距离与海面电导率的函数关系表或Norton衰减因子、探测距离与海面电导率的关系模型，根据回波在海面传播时的Norton衰减因子随探测距离的变化及其所建立的Norton衰减因子、探测距离与海面电导率的函数关系表或Norton衰减因子、探测距离与海面电导率的关系模型反演海面电导率随探测距离的变化，从而得到海面电导率分布。
9.根据权利要求I或8所述的利用高频地波雷达遥感海面电导率分布的方法，其特征在于 所述的Norton衰减因子、探测距离与海面电导率的函数关系表或Norton衰减因子、探测距离与海面电导率的关系模型采用如下方法获得 I)根据实际情况给出海水电导率的可能范围[omin，σ_]，在该范围内进行N个点的均值釆样，离散化步长为
全文摘要
本发明公开了一种利用高频地波雷达遥感海面电导率分布的方法，包括步骤利用雷达获得海面上雷达波束覆盖区不同位置处回波的功率分布；从海洋不同位置处回波的功率分布中提取回波功率随探测距离的衰减分布，即回波功率衰减变化率；根据回波功率衰减变化率求解回波在海面传播时的Norton衰减因子随探测距离的变化；根据回波在海面传播时的Norton衰减因子和海面电导率的关系反演海面电导率分布。本发明的利用雷达遥感海面电导率分布的方法属于首创，该方法简单，成本低，可快速探测到数万平方公里海面的电导率分布信息。海面电导率分布可用于计算海表面盐度，可为海洋学研究、海洋灾害监测与预报、海洋工程环境评价等提供实时观测资料。
文档编号G01S7/41GK102818933SQ201210326588
公开日2012年12月12日 申请日期2012年9月6日 优先权日2012年9月6日
发明者吴雄斌, 陈骁锋, 沈志奔, 李伦 申请人:武汉大学