專利名稱：雪層覆蓋下海冰的后向電磁散射系數(shù)探測模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微波海洋遙感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種雪層覆蓋下海冰的后向電磁散射系數(shù)探測模塊。
背景技術(shù)：
通常，海冰是指由海水直接凍結(jié)而成的咸水 冰，由固體冰、鹵水及含有鹽分的氣泡等組成的混合物。海冰不僅對海洋水文，大氣環(huán)流及氣候產(chǎn)生巨大的影響，而且還會直接影響人類的生產(chǎn)、社會及經(jīng)濟(jì)活動，如海冰的漂移及擴(kuò)散運(yùn)動可對石油平臺、船舶、航運(yùn)等造成嚴(yán)重威脅。目前，觀測站、海上監(jiān)測平臺、破冰船及衛(wèi)星遙感是海冰監(jiān)測的主要方法。光波、紅外和微波是主動/被動衛(wèi)星遙感器常用的輻射源，屬于間接測量方法，具有觀測范圍廣的特點(diǎn)。與光波、紅外相比，微波具有不受陽光、云、霧及雨等天氣條件的限制，已在海冰觀測中發(fā)揮了重要作用。如ENVISAT、ERS及RADARSAT-2等衛(wèi)星上搭載的合成孔徑雷達(dá)(synthetic aperture radar, SAR)。從SAR圖像上可識別出各種不同類型的海冰,并可反演出海冰的厚度，但反演精度還未達(dá)到業(yè)務(wù)化的需要。這主要是由于還未完全掌握海冰對微波的電磁散射機(jī)理。微波對海冰有一定的穿透能力，海冰對微波的電磁散射主要是由冰體中的冰晶顆粒產(chǎn)生的體散射和冰面產(chǎn)生的面散射兩部分構(gòu)成的。在計(jì)算面散射時，主要有近似法和數(shù)值法兩種。數(shù)值法具有較高的精度，但運(yùn)算量較大。在近似法中，主要有物理光學(xué)法、幾何光學(xué)法、KA法、微擾法及雙尺度法，具有運(yùn)算效率較高的特點(diǎn)。在計(jì)算體散射時，通常采用Rayleigh體散射模型。無論是面散射還是體散射，海冰的介電常數(shù)是一個重要的物理量，而它又與海冰的物理化學(xué)性質(zhì)密切相關(guān)。研究表明，雪層覆蓋會影響海冰的溫度，這會引起鹵水胞和冰晶顆粒的的溫度、鹽度及密度等性質(zhì)的變化，從而影響海冰的介電常數(shù)。因此，需要一種雪層覆蓋下海冰的后向電磁散射系數(shù)探測模塊以解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中海冰后向電磁散射探測方法的缺陷，提供一種雪層覆蓋下海冰的后向電磁散射系數(shù)探測模塊。技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的雪層覆蓋下海冰的后向電磁散射系數(shù)探測模塊采用如下技術(shù)方案一種雪層覆蓋下海冰的后向電磁散射系數(shù)探測模塊，包括電磁波參數(shù)模塊、雪層覆蓋下海冰參數(shù)模塊、環(huán)境參數(shù)模塊、海冰溫度模塊、海冰鹽度模塊、齒水胞鹽度模塊、鹵水包密度模塊、齒水胞體積模塊、海冰體積模塊、雪層覆蓋下齒水胞體積模塊、雪層覆蓋下海冰體積模塊、海冰介電常數(shù)模塊、電磁波穿透海冰深度模塊、雪層覆蓋下海冰后向體散射系數(shù)、雪層覆蓋下海冰后向面散射系數(shù)模塊和雪層覆蓋下海冰總后向散射系數(shù)模塊；
所述海冰溫度模塊、所述海冰鹽度模塊、所述齒水胞鹽度模塊、所述齒水包密度模塊和所述齒水胞體積模塊均連接所述雪層覆蓋下海冰參數(shù)模塊和所述環(huán)境參數(shù)模塊；所述雪層覆蓋下齒水胞體積模塊和所述雪層覆蓋下海冰體積模塊均連接所述所述海冰溫度模塊、所述海冰鹽度模塊、所述齒水胞鹽度模塊、所述齒水包密度模塊和所述鹵水胞體積模塊；所述海冰介電常數(shù)模塊和所述電磁波穿透海冰的深度模塊均連接所述電磁波參數(shù)模塊、所述雪層覆蓋下齒水胞體積模塊和所述雪層覆蓋下海冰體積模塊；所述雪層覆蓋下海冰后向體散射系數(shù)模塊和所述雪層覆蓋下海冰后向面散射系數(shù)模塊均連接所述海冰介電常數(shù)模塊和所述電磁波穿透海冰的深度模塊；所述雪層覆蓋下海冰總的后向散射系數(shù)模塊連接所述雪層覆蓋下海冰后向體散射系數(shù)模塊和所述雪層覆蓋下海冰后向面散射系數(shù)模塊；所述電磁波參數(shù)模塊用于探測電磁波參數(shù)，所述電磁波參數(shù)包括{k，θ，pp}，其中，k為電磁波的波數(shù)，Θ為電磁波的入射角，pp為發(fā)射和接收電磁波極化的方向，取值為hh或vv，分別表示發(fā)射和接收均為水平極化或發(fā)射和接收均為垂直極化；所述雪層覆蓋下海冰參數(shù)模塊用于探測海冰的參數(shù)，所述海冰的參數(shù)包括Ihi, Qi, P i，ri； ε i； ε b，Tj，其中，比為海冰的厚度，Qi為海冰的熱傳導(dǎo)率，P j為淡水冰的密度，T1為冰散射粒子的平均半徑，Si=Ei' +j ε " i為純冰的介電常數(shù),其中，j為虛數(shù)，ε b = ε ; b+j ε ;/ b為海冰中鹵水胞的介電常數(shù)，Tw為海冰中水的溫度；所述環(huán)境參數(shù)模塊包括覆蓋海冰上雪的參數(shù)模塊和海冰上方空氣的參數(shù)模塊，所述覆蓋海冰上雪的參數(shù)模塊用于探測覆蓋海冰上雪的參數(shù)，所述覆蓋海冰上雪的參數(shù)包括{hs，qs，P s, us, ws, ls, es}，其中，hs為覆蓋海冰上雪的厚度，^為覆蓋冰上雪的熱傳導(dǎo)率，Ps為雪的密度，Us為雪表面的均方根斜率，Ws為雪表面高度的標(biāo)準(zhǔn)差，Is為雪表面的相關(guān)長度，es = ε' s+j ε " s為雪的介電常數(shù)；所述海冰上方空氣的參數(shù)模塊用于探測海冰上方空氣的參數(shù)，所述海冰上方空氣的參數(shù)有{Ta，ε J，其中，Ta為空氣的溫度，ε a =ε ' a+j ε " a為空氣的介電常數(shù)；所述海冰溫度模塊根據(jù)所述雪層覆蓋下海冰參數(shù)模塊的探測結(jié)果和所述環(huán)境參數(shù)模塊的探測結(jié)果計(jì)算海冰的溫度Ti,其中所述海冰的溫度Ti根據(jù)下式計(jì)算得到
權(quán)利要求
1.一種雪層覆蓋下海冰的后向電磁散射系數(shù)探測模塊，其特征在于，包括電磁波參數(shù)模塊、雪層覆蓋下海冰參數(shù)模塊、環(huán)境參數(shù)模塊、海冰溫度模塊、海冰鹽度模塊、齒水胞鹽度模塊、齒水包密度模塊、齒水胞體積模塊、海冰體積模塊、雪層覆蓋下齒水胞體積模塊、雪層覆蓋下海冰體積模塊、海冰介電常數(shù)模塊、電磁波穿透海冰深度模塊、雪層覆蓋下海冰后向體散射系數(shù)、雪層覆蓋下海冰后向面散射系數(shù)模塊和雪層覆蓋下海冰總后向散射系數(shù)模塊； 所述海冰溫度模塊、所述海冰鹽度模塊、所述齒水胞鹽度模塊、所述齒水包密度模塊和所述齒水胞體積模塊均連接所述雪層覆蓋下海冰參數(shù)模塊和所述環(huán)境參數(shù)模塊； 所述雪層覆蓋下齒水胞體積模塊和所述雪層覆蓋下海冰體積模塊均連接所述所述海冰溫度模塊、所述海冰鹽度模塊、所述齒水胞鹽度模塊、所述齒水包密度模塊和所述齒水胞體積模塊； 所述海冰介電常數(shù)模塊和所述電磁波穿透海冰的深度模塊均連接所述電磁波參數(shù)模塊、所述雪層覆蓋下齒水胞體積模塊和所述雪層覆蓋下海冰體積模塊； 所述雪層覆蓋下海冰后向體散射系數(shù)模塊和所述雪層覆蓋下海冰后向面散射系數(shù)模塊均連接所述海冰介電常數(shù)模塊和所述電磁波穿透海冰的深度模塊； 所述雪層覆蓋下海冰總的后向散射系數(shù)模塊連接所述雪層覆蓋下海冰后向體散射系數(shù)模塊和所述雪層覆蓋下海冰后向面散射系數(shù)模塊； 所述電磁波參數(shù)模塊用于探測電磁波參數(shù)，所述電磁波參數(shù)包括{k，θ，pp}，其中，k為電磁波的波數(shù)，Θ為電磁波的入射角，PP為發(fā)射和接收電磁波極化的方向，取值為hh或W,分別表示發(fā)射和接收均為水平極化或發(fā)射和接收均為垂直極化； 所述雪層覆蓋下海冰參數(shù)模塊用于探測海冰的參數(shù)，所述海冰的參數(shù)包括Ihi, Qi, P i，ri； ε i； ε b，Tj，其中，比為海冰的厚度，Qi為海冰的熱傳導(dǎo)率，P j為淡水冰的密度，^為冰散射粒子的平均半徑，Si=E' i+j ε " i為純冰的介電常數(shù),其中，j為虛數(shù)，ε b = ε ; b+j ε ;/ b為海冰中鹵水胞的介電常數(shù)，Tw為海冰中水的溫度； 所述環(huán)境參數(shù)模塊包括覆蓋海冰上雪的參數(shù)模塊和海冰上方空氣的參數(shù)模塊，所述覆蓋海冰上雪的參數(shù)模塊用于探測覆蓋海冰上雪的參數(shù)，所述覆蓋海冰上雪的參數(shù)包括{hs，qs，P s, Us, ws, ls, es}，其中，hs為覆蓋海冰上雪的厚度，qs為覆蓋冰上雪的熱傳導(dǎo)率，P s為雪的密度，Us為雪表面的均方根斜率，Ws為雪表面高度的標(biāo)準(zhǔn)差，Is為雪表面的相關(guān)長度，es = ε' s+j ε " s為雪的介電常數(shù)；所述海冰上方空氣的參數(shù)模塊用于探測海冰上方空氣的參數(shù)，所述海冰上方空氣的參數(shù)有{Ta，ε J，其中，八為空氣的溫度，Sa =ε ' a+j ε " a為空氣的介電常數(shù)； 所述海冰溫度模塊根據(jù)所述雪層覆蓋下海冰參數(shù)模塊的探測結(jié)果和所述環(huán)境參數(shù)模塊的探測結(jié)果計(jì)算海冰的溫度Ti,其中所述海冰的溫度Ti根據(jù)下式計(jì)算得到 Ti =— 273.0 ； KcL + ^qs 所述海冰鹽度模塊根據(jù)所述雪層覆蓋下海冰參數(shù)模塊的探測結(jié)果計(jì)算海冰的鹽度Si,其中Si根據(jù)下式計(jì)算得到.[14.24 -19.39Λ, / , < 0.4叫 7.88-1.59/ . h. > 0.4 ’ LI I所述鹵水胞鹽度模塊根據(jù)所述海冰溫度模塊的輸出計(jì)算海冰中鹵水胞的鹽度Sb，其中Sb根據(jù)下式計(jì)算得到
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雪層覆蓋下海冰的后向電磁散射系數(shù)探測模塊，其特征在于，所述物理光學(xué)模塊根據(jù)下式計(jì)算得到所述雪層覆蓋下海冰后向面散射系數(shù)σ:{Θ)
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雪層覆蓋下海冰的后向電磁散射系數(shù)探測模塊，其特征在于，所述幾何光學(xué)模塊根據(jù)下式計(jì)算得到所述雪層覆蓋下海冰后向面散射系數(shù)ffi.(Θ):
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雪層覆蓋下海冰的后向電磁散射系數(shù)探測模塊，其特征在于，所述Fresnel反射系數(shù)Rpp ( Θ )根據(jù)下式計(jì)算得到
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雪層覆蓋下海冰的后向電磁散射系數(shù)探測模塊，其特征在于，所述后向體散射系數(shù)σ,^(的根據(jù)下式計(jì)算得到
全文摘要
本發(fā)明公開一種雪層覆蓋下海冰的后向電磁散射系數(shù)探測模塊，包括電磁波參數(shù)模塊、雪層覆蓋下海冰參數(shù)模塊、環(huán)境參數(shù)模塊、雪層覆蓋下鹵水胞體積模塊、雪層覆蓋下海冰體積模塊、海冰介電常數(shù)模塊、電磁波穿透海冰深度模塊、雪層覆蓋下海冰后向體散射系數(shù)、雪層覆蓋下海冰后向面散射系數(shù)模塊和雪層覆蓋下海冰總后向散射系數(shù)模塊。本發(fā)明考慮了雪層覆蓋對海冰溫度的影響，采用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ投坑?jì)算鹵水胞和海冰的鹽度、密度及介電常數(shù)。根據(jù)Rayleigh體散射模型，得出雪層覆蓋下海冰的后向體散射系數(shù)，根據(jù)雪表面的均方根斜率，采用物理光學(xué)法或幾何光學(xué)法來得出雪層覆蓋下海冰的后向面散射系數(shù)，效率較高。
文檔編號G01N23/203GK102866171SQ201210343169
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月14日
發(fā)明者楊永紅, 凌霖, 張貞凱, 奚彩萍 申請人:江蘇科技大學(xué)