本發(fā)明屬于海洋技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種海冰可探測(cè)厚度及海冰識(shí)別度模擬方法。

背景技術(shù)：

自上世紀(jì)80年代以來，由于全球變暖，海冰融化加快，北極海冰對(duì)全球氣候的影響有放大作用，利用空基和天基雷達(dá)對(duì)極區(qū)海冰進(jìn)行探測(cè)具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。

合成孔徑雷達(dá)(簡(jiǎn)記為sar)具有全天候、可穿透云層等優(yōu)點(diǎn)，自1978年首次發(fā)射升空以來，被應(yīng)用于對(duì)地觀測(cè)特別是對(duì)海洋觀測(cè)，包括海面風(fēng)場(chǎng)、海浪參數(shù)提取、海流鋒面檢測(cè)、海表面溢油、海上目標(biāo)識(shí)別、海冰運(yùn)動(dòng)及分類等應(yīng)用領(lǐng)域。海洋表面各種洋面特征引起的海面粗糙度變化，對(duì)sar海面成像圖像雷達(dá)散射截面產(chǎn)生影響，使得sar的海洋特征檢測(cè)應(yīng)用成為可能，因此對(duì)于不同介質(zhì)的海面電磁散射也是一直以來的研究熱點(diǎn)。其中海冰的sar遙感監(jiān)測(cè)越來越受到重視，研究熱點(diǎn)包括海冰分類和海冰厚度探測(cè)。海冰厚度反演研究一直是氣候模式研究所急需解決的技術(shù)瓶頸，最近的研究主要是利用海冰薄層的鹽度和鹵水體積隨冰厚的變化經(jīng)驗(yàn)關(guān)系進(jìn)行海冰厚度探索研究，但該方法僅適用于小于薄冰厚度探測(cè)(小于0.4米)。目前對(duì)于海冰的探測(cè)能力尚缺乏定量理論研究，我們提出了一種脈沖體制雷達(dá)海冰探測(cè)能力評(píng)估模型，發(fā)明了一種脈沖體制雷達(dá)海冰探測(cè)能力評(píng)估方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種脈沖體制雷達(dá)海冰探測(cè)能力評(píng)估方法，是基于分層多次電磁散射機(jī)制的一種歸一化雷達(dá)散射截面(nrcs)、可探測(cè)海冰厚度以及海冰識(shí)別度的模擬方法。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種脈沖體制雷達(dá)海冰探測(cè)能力評(píng)估方法，包括以下步驟：

步驟1：介質(zhì)1、2、3分別為空氣、海冰和海水，它們的介電常數(shù)、磁導(dǎo)率和電導(dǎo)率分別為(ε1,μ1,σ1)、(ε2,μ2,σ2)、(ε3,μ3,σ3)；一般來說，除了鐵磁質(zhì)外的介質(zhì)，磁導(dǎo)率都近似等于真空中的磁導(dǎo)率，即有μ1＝μ2＝μ3＝μ0?？諝庵笑?＝ε0，σ1＝0，其中真空中磁導(dǎo)率μ0＝4π×10^-7亨/米(h/m)、介電常數(shù)ε0＝8.85419×10^-12(f/m)，海冰電導(dǎo)率為σ2＝ωε″ε0，其中，電磁波角頻率為ω＝2πf，f為電磁波頻率。海水電導(dǎo)率為：

式中，sw為海水的鹽度，t為海水的溫度。海水介電常數(shù)debye模型函數(shù)為：

式中，

與溫度和鹽度相關(guān)的弛豫時(shí)間τ為：

ε^*＝a′+a″sw，式中，

步驟2：電磁波部分能量透射入海冰中傳播，入射角為θ1，透射角為：

透入海水中的透射角為：

海冰中的電磁波衰減系數(shù)為：

步驟3：本發(fā)明方法中的受脈寬限制的可探測(cè)海冰厚度為：

其中電磁波傳播速度c0＝3×10⁸米/秒。

步驟4：本發(fā)明中，海冰識(shí)別度用dice表示,物理意義為雷達(dá)散射圖像中海冰區(qū)域與海水區(qū)域的區(qū)分程度，水平極化(hh)和垂直極化(vv)時(shí)海冰識(shí)別度分別為：

其中，shh,water，svv,water分別為水平極化和垂直極化下海水的雷達(dá)散射系數(shù)。

分別水平極化和垂直極化下海冰的雷達(dá)散射系數(shù)。

其中，水平極化時(shí)冰-氣界面的反射系數(shù)：

垂直極化時(shí)冰-氣界面的反射系數(shù)：

其中，

有益效果：本發(fā)明基于海冰介電常數(shù)模型，考慮氣-冰界面與海水-海冰界面之間電磁波多次散射，提出一種脈沖體制雷達(dá)海冰探測(cè)能力評(píng)估模型，主要評(píng)估因子為海冰可探測(cè)厚度和海冰識(shí)別度。

附圖說明

圖1為平面電磁波入射厚度為h的海冰時(shí)多次反射和透射示意圖。

圖2為雷達(dá)海冰識(shí)別度隨雷達(dá)頻率的變化。

圖3為雷達(dá)海冰識(shí)別度隨雷達(dá)入射角的變化。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

一種脈沖體制雷達(dá)海冰探測(cè)能力評(píng)估方法，包括以下步驟：

步驟1：如圖1所示，介質(zhì)1、2、3分別為空氣、海冰和海水，它們的介電常數(shù)、磁導(dǎo)率和電導(dǎo)率分別為(ε1,μ1,σ1)、(ε2,μ2,σ2)、(ε3,μ3,σ3)；一般來說，除了鐵磁質(zhì)外的介質(zhì)，磁導(dǎo)率都近似等于真空中的磁導(dǎo)率，即有μ1＝μ2＝μ3＝μ0。空氣中ε1＝ε0，σ1＝0，其中真空中磁導(dǎo)率μ0＝4π×10^-7亨/米(h/m)、介電常數(shù)ε0＝8.85419×10^-12(f/m)，海冰電導(dǎo)率為σ2＝ωε″ε0，其中，電磁波角頻率為ω＝2πf，f為電磁波頻率。海水電導(dǎo)率為：

式中，sw為海水的鹽度，t為海水的溫度。海水介電常數(shù)debye模型函數(shù)為：

式中，

與溫度和鹽度相關(guān)的弛豫時(shí)間τ為：

ε^*＝a′+a″sw，式中，

步驟2：電磁波部分能量透射入海冰中傳播，入射角為θ1，透射角為：

透入海水中的透射角為：

海冰中的電磁波衰減系數(shù)為：

步驟3：本發(fā)明方法中的受脈寬限制的可探測(cè)海冰厚度為：

其中電磁波傳播速度c0＝3×10⁸米/秒。

步驟4：如圖2和圖3所示，本發(fā)明中，海冰識(shí)別度用dice表示,物理意義為雷達(dá)散射圖像中海冰區(qū)域與海水區(qū)域的區(qū)分程度，水平極化(hh)和垂直極化(vv)時(shí)海冰識(shí)別度分別為：

其中，shh,water，svv,water分別為水平極化和垂直極化下海水的雷達(dá)散射系數(shù)。

分別水平極化和垂直極化下海冰的雷達(dá)散射系數(shù)。

其中，水平極化時(shí)冰-氣界面的反射系數(shù)：

垂直極化時(shí)冰-氣界面的反射系數(shù)：

其中，

以上結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式做出詳細(xì)說明，但本發(fā)明不局限于所描述的實(shí)施方式。對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，在本發(fā)明的原理和技術(shù)思想的范圍內(nèi)，對(duì)這些實(shí)施方式進(jìn)行多種變化、修改、替換和變形仍落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。