CN102818933A - 一种利用高频地波雷达遥感海面电导率分布的方法 - Google Patents

Abstract

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。

Description

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：

$\lg P_{\mathrm{rs}}\left(d_s\right)=\lg \frac{P_t{G}_t{G}_r{\mathrm{\λ}}^2{\mathrm{\ξ}}_0\left(d_s\right)\mathrm{\Δd\Δ\θ}}{{\left(4\mathrm{\π}\right)}^3{L}_{\mathrm{ss}}{L}_p\left(d_s\right)L_{\mathrm{add}}\left(d_s\right)}+4\mathrm{lgF}\left(d_s\right)-3\lg d_s$

其中：

d_s为海面散射单元；

P_rs(d_s)为海面散射单元d_s的回波信号功率；

P_t为雷达发射信号的峰值功率；

G_t为自由空间发射天线增益；

G_r为自由空间接收天线增益；

λ为雷达的工作波长；

F(d_s)为海面散射单元d_s的Norton衰减因子；

ξ₀(d_s)为海面散射单元d_s的散射系数；

L_p(d_s)为收发共站的雷达体制下发射波形占空比引起的衰减；

L_add(d_s)为光滑海面引起的传播衰减和由非光滑海面引起的附加衰减之和；

L_ss为雷达系统损耗；

Δd和Δθ分别为距离分辨率和方位分辨率。

步骤三具体为：

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。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。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：

$f\left({\mathrm{\σ}}_n\right)=\frac{1}{4\mathrm{\Δd}}[\frac{P_{\mathrm{rs}}(n+1)}{P_{\mathrm{rs}}\left(n\right)}+\frac{{3d}_s(n+1)}{d_s\left(n\right)}-\frac{{\mathrm{\ξ}}_0(n+1)}{{\mathrm{\ξ}}_0\left(n\right)}+\frac{L_p(n+1)}{L_p\left(n\right)}+\frac{L_{\mathrm{add}}(n+1)}{L_{\mathrm{add}}\left(n\right)}-5]$

其中：

n表示距离元序号；

f(σ_n)表示序号为n+1、n的海面散射单元d_s间的Norton衰减因子；

P_rs(n+1)、P_rs(n)分别为序号为n+1、n的海面散射单元d_s的回波信号功率；

d_s(n+1)、d_s(n)分别为序号为n+1、n的海面散射单元d_s；

ξ₀(n+1)、ξ₀(n)分别为序号为n+1、n的海面散射单元d_s的散射系数；

L_p(n+1)、L_p(n)分别为发射波形占空比在序号为n+1、n的海面散射单元d_s上引起的衰减；

L_add(n+1)、L_add(n)分别为光滑海面和非光滑海面对序号为n+1、n的海面散射单元d_s引起的附加衰减；

Δd为距离分辨率。

在上述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

$f\left({\mathrm{\σ}}_n\right)=\frac{1}{4\mathrm{\Δd}}[\frac{P_{\mathrm{rs}}(n+1)}{P_{\mathrm{rs}}\left(n\right)}+\frac{{3d}_s(n+1)}{d_s\left(n\right)}-\frac{{\mathrm{\ξ}}_0(n+1)}{{\mathrm{\ξ}}_0\left(n\right)}+\frac{L_p(n+1)}{L_p\left(n\right)}+\frac{L_{\mathrm{add}}(n+1)}{L_{\mathrm{add}}\left(n\right)}-5]$ 中，在海况近似一致时，

在在海况不一致时，可通过查海况传播损耗表获得

值。

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。

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：

1）根据实际情况给出海水电导率的可能范围[σ_min,σ_max]，在该范围内进行N个点的均值采样，离散化步长为

2）将探测距离离散为d₁,d₂,…,d_M，离散化步长为

Δd为距离分辨率；

3）根据

对每个σ_u分别计算探测距离元d_k处对应的Norton衰减因子F(σ_u,d_k)，并令X(σ_u,d_k)＝lgF(σ_u,d_k)，其中，u=1、2、…、N，k＝1、2、…、M；F(d)为Norton衰减因子；

为复介电常数，ε_g为自由空间介电常数，ω为电波角频率，ε₀为真空介电常数，σ为海面电导率；erfc()为误差函数；w＝pe^-jb，

为数值距离，d为探测距离，k₀为雷达发射波的波矢量，为相位因子；

4）对X(σ_u,d_k)＝lgF(σ_u,d_k)求导，即可得到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 $F({\mathrm{\σ}}_u,d_k)=\frac{X({\mathrm{\σ}}_u,d_{k+1})-X({\mathrm{\σ}}_u,d_k)}{\mathrm{\Δd}}.$

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

1、本发明方法简单，占用资源少；具有全天候、低成本、高效率的优点，十分钟的探测即可获得数万平方公里海面的电导率分布信息；能够实现连续、实时的精细化观测，快速获取高分辨率的海面电导率分布。

2、本发明方法所获取的海面电导率分布可用于计算海表面盐度（Sea Surface Salinity，简称SSS），海表面盐度是海水状态方程的海水物理性质之一，也是刻画海水运动基本方程的重要参量，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支持。

3、本发明采用利用取对数差分的方法获取电导率分布，消除噪声背景的干扰，可以获得更准确的海面电导率分布情况。

附图说明

图1是Norton衰减因子、探测距离与海面电导率的函数关系表；

图2是本发明方法的流程图。

具体实施方式

岸基超视距雷达也称为高频地波雷达（HF Surface Wave Radar，简称HFSWR），其波形体制为FMICW（frequency modulated interrupted continuous wave，调频中断连续波）。下面将具体说明高频地波雷达遥感海面电导率分布的过程。

对于高频地波雷达回波的一阶谱，在十分钟量级的时间内，雷达接收的信号可视为平稳随机信号。采用数字波束形成方法对雷达回波信号进行预处理后，再获取海面上雷达波束覆盖区不同位置处回波的功率分布，常用的数字波束形成方法有DBF（数字波束形成法）、NPS（静态方向图数值综合方法）等。

得到信号源在雷达波束覆盖区不同位置处回波的功率分布后，以此为基础，获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），从衰减中分离出回波传播扩散衰减、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，从而获得由于海面电导率分布而导致的附加传播衰减，即Norton衰减因子。Norton衰减因子在1930年代由Norton进行了详细研究。

下面将详细说明根据回波信号功率得到Norton衰减因子的过程：

为了使得海面电导率的反演结果更符合实际情况，在获取回波功率时，考虑了雷达系统损耗和由非光滑海面引起的附加损耗，“收发共站”的高频地波雷达接收到的海面回波信号功率P_rs可用雷达方程表示为：

$P_{\mathrm{rs}}\left(d_s\right)=\frac{P_t{G}_t{G}_r{\mathrm{\λ}}^{2}F{\left(d_s\right)}^4}{{\left(4\mathrm{\π}\right)}^3{d_s}^4{L}_{\mathrm{ss}}{L}_p\left(d_s\right)L_{\mathrm{add}}\left(d_s\right)}{\mathrm{\ζ}}_0\left(d_s\right)d_s\mathrm{\Δd\Δ\θ}$

$=\frac{P_t{G}_t{G}_r{\mathrm{\λ}}^{2}F{\left(d_s\right)}^4}{{\left(4\mathrm{\π}\right)}^3{d_s}^3{L}_{\mathrm{ss}}{L}_p\left(d_s\right)L_{\mathrm{add}}\left(d_s\right)}{\mathrm{\ζ}}_0\left(d_s\right)\mathrm{\Δd\Δ\θ}---\left(1\right)$

式（1）中，

d_s为海面散射单元；

P_rs(d_s)为海面散射单元d_s的回波信号功率；

P_t为雷达发射信号的峰值功率；

G_t为自由空间发射天线增益；

G_r为自由空间接收天线增益；

λ为雷达的工作波长；

F(d_s)为海面散射单元d_s的Norton衰减因子；

ξ₀(d_s)为海面散射单元d_s的散射系数；

L_p(d_s)为收发共站的雷达体制下发射波形占空比引起的衰减，可根据雷达波形参数计算得到；

L_add(d_s)为光滑海面引起的传播衰减和由海况（海况即非光滑海面）引起的附加衰减之和；

L_ss为雷达系统损耗，采用取对数差分的方法后可以消除它的影响；

Δd和Δθ分别为距离分辨率和方位分辨率，可根据雷达波形参数计算得到。

对式（1）取对数：

$\lg P_{\mathrm{rs}}\left(d_s\right)=\lg \frac{P_t{G}_t{G}_r{\mathrm{\λ}}^2{\mathrm{\ξ}}_0\left(d_s\right)\mathrm{\Δd\Δ\θ}}{{\left(4\mathrm{\π}\right)}^3{L}_{\mathrm{ss}}{L}_p\left(d_s\right)L_{\mathrm{add}}\left(d_s\right)}+4\mathrm{lgF}\left(d_s\right)-3\lg d_s---\left(2\right)$

令lgF(d_s)＝X(d_s)，根据式（2）可得：

$X\left(d_s\right)=\frac{1}{4}[\lg P_{\mathrm{rs}}\left(d_s\right)+3\lg d_s-\lg {\mathrm{\ξ}}_0\left(d_s\right)$ (3)

$+\lg L_p\left(d_s\right)+\lg L_{\mathrm{add}}\left(d_s\right)-\lg \frac{P_t{G}_t{G}_r{\mathrm{\λ}}^2\mathrm{\Δd\Δ\θ}}{{\left(4\mathrm{\π}\right)}^3{L}_{\mathrm{ss}}}]$

式（3）中的项是跟探测距离无关的参数，下面通过对式（3）进行探测距离求导来消除跟探测距离无关的参数

从而使得结果更精确。

对式（3）进行距离求导：

$f\left(\mathrm{\σ}\right)=\frac{\mathrm{dX}\left(d_s\right)}{{\mathrm{dd}}_s}=\frac{1}{4}(\frac{1}{P_{\mathrm{rs}}}\frac{{\mathrm{dP}}_{\mathrm{rs}}}{{\mathrm{dd}}_s}+\frac{3}{d_s}-\frac{1}{{\mathrm{\ξ}}_0\left(d_s\right)}\frac{d{\mathrm{\ξ}}_0\left(d_s\right)}{{\mathrm{dd}}_s}$ (4)

$+\frac{1}{L_p\left(d_s\right)}\frac{{\mathrm{dL}}_p\left(d_s\right)}{{\mathrm{dd}}_s}+\frac{1}{L_{\mathrm{add}}\left(d_s\right)}\frac{{\mathrm{dL}}_{\mathrm{add}}\left(d_s\right)}{{\mathrm{dd}}_s})$

将式（4）进行距离离散化：

$f\left({\mathrm{\σ}}_n\right)=\frac{1}{4}[\frac{P_{\mathrm{rs}}(n+1)-P_{\mathrm{rs}}\left(n\right)}{P_{\mathrm{rs}}\left(n\right)\mathrm{\Δd}}+\frac{3(d_s(n+1)-d_s\left(n\right))}{d_s\left(n\right)\mathrm{\Δd}}-\frac{{\mathrm{\ξ}}_0(n+1)-{\mathrm{\ξ}}_0\left(n\right)}{{\mathrm{\ξ}}_0\left(n\right)\mathrm{\Δd}}$ (5)

$+\frac{L_p(n+1)-L_p\left(n\right)}{L_p\left(n\right)\mathrm{\Δd}}+\frac{L_{\mathrm{add}}(n+1)-L_{\mathrm{add}}\left(n\right)}{L_{\mathrm{add}}\left(n\right)\mathrm{\Δd}}]$

式（5）中，

f(σ_n)是f(σ)的离散化；

n表示距离元序号；

P_rs(n+1)、P_rs(n)分别为序号为n+1、n的海面散射单元d_s的回波信号功率；

d_s(n+1)、d_s(n)分别为序号为n+1、n的海面散射单元d_s；

ξ₀(n+1)、ξ₀(n)分别为序号为n+1、n的海面散射单元d_s的散射系数；

L_p(n+1)、L_p(n)分别发射波形占空比在序号为n+1、n的海面散射单元d_s上引起的衰减；

L_add(n+1)、L_add(n)分别为光滑海面和非光滑海面对序号为n+1、n的海面散射单元d_s引起的附加衰减；

Δd为距离分辨率。

进一步简化式（5）得到：

$f\left({\mathrm{\σ}}_n\right)=\frac{1}{4\mathrm{\Δd}}[\frac{P_{\mathrm{rs}}(n+1)}{P_{\mathrm{rs}}\left(n\right)}+\frac{{3d}_s(n+1)}{d_s\left(n\right)}-\frac{{\mathrm{\ξ}}_0(n+1)}{{\mathrm{\ξ}}_0\left(n\right)}+\frac{L_p(n+1)}{L_p\left(n\right)}+\frac{L_{\mathrm{add}}(n+1)}{L_{\mathrm{add}}\left(n\right)}-5]---\left(6\right)$

在海况近似一致时，有ξ₀(n+1)＝ξ₀(n)，则式（6）可表示为：

$f\left({\mathrm{\σ}}_n\right)=\frac{1}{4\mathrm{\Δd}}[\frac{P_{\mathrm{rs}}(n+1)}{P_{\mathrm{rs}}\left(n\right)}+\frac{{3d}_s(n+1)}{d_s\left(n\right)}+\frac{L_p(n+1)}{L_p\left(n\right)}+\frac{L_{\mathrm{add}}(n+1)}{L_{\mathrm{add}}\left(n\right)}-6]---\left(7\right)$

在海况不一致的情况下，可通过查海况传播损耗表得到

值。

式（7）中右边的参数量均可以从接收机中获取，或者是由系统参数即可预设的量，这样就可求得每个探测距离上的Norton衰减因子f(σ_n)，而f(σ_n)与海面电导率σ_n的函数关系可以通过建立Norton衰减因子、探测距离与海面电导率函数关系表或关系模型得到，根据Norton衰减因子和海面电导率的关系及其Norton衰减因子随探测距离的变化可以得到海面电导率随探测距离的变化，从而得到海面电导率分布。

现有技术中可将雷达探测中的Norton衰减因子表示为：

$F\left(d\right)=1-j{\sqrt{\mathrm{\πwe}}}^{-w}\·\mathrm{erfc}\left(j\sqrt{w}\right)---\left(8\right)$

式（8）中，

F(d)为Norton衰减因子；

为复介电常数，ε_g＝4.9为自由空间介电常数，ω为电波角频率，ε₀＝8.854×10^-12为真空介电常数，σ为海面电导率；

erfc()为误差函数；

w＝pe^-jb，为数值距离，d为探测距离，k₀为雷达发射波的波矢量， $b={\tan }^{-1}({\mathrm{\ϵ}}_g/\frac{\mathrm{\σ}}{{\mathrm{\ω\ϵ}}_0})$ 为相位因子。

为了得到适合于工程应用的离散化关系，对公式（8）进行离散化、求导数，从而建立Norton衰减因子、探测距离与海面电导率之间的函数关系表，具体建立方法是：

1）给定海水电导率σ的可能范围[σ_min,σ_max]，一般可取[2.5,4]范围，在此范围内进行N个点的均值采样，离散化步长为

2）假设有M个距离元，将距离离散为d₁,d₂,…,d_M，离散化步长为

Δd为距离分辨率；

3）对每个电导率σ_j(j＝1,2,…,N)，分别计算距离d_k(k＝1,2,…,M)处对应的Norton衰减因子F(σ_j,d_k)，并取对数lgF(σ_j,d_k)，令X(σ_j,d_k)＝lgF(σ_j,d_k)；4）对X(σ_j,d_k)＝lgF(σ_j,d_k)求导，得到含有梯度关系的标准表 $f({\mathrm{\σ}}_j,d_k)=\frac{X({\mathrm{\σ}}_j,d_{k+1})-X({\mathrm{\σ}}_j,d_k)}{\mathrm{\Δd}}(j=\mathrm{1,2},...,N;k=\mathrm{1,2},...,M-1),$ 见图1，图1中，右边的色标为Norton衰减因子值，每个距离元为5公里。从图1中可以看出，所建立的表与当地海水电导率之间存在单调一一对应的关系。根据该表，即可由Norton衰减因子f(σ_n)反演得到到海面电导率σ_n。图2所示为海面电导率的反演流程图。

本发明方法的基本原理是海面电导率越低，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，所以，本发明方法不仅仅限于采用高频地波雷达来遥感海面电导率分布，采用其他任何类型雷体系，只要接收机能接收到海洋反射的回波信号，就可以采用本发明方法反演出海面电导率分布情况。

Claims (9)

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1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1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：

$\lg P_{\mathrm{rs}}\left(d_s\right)=\lg \frac{P_t{G}_t{G}_r{\mathrm{\λ}}^2{\mathrm{\ξ}}_0\left(d_s\right)\mathrm{\Δd\Δ\θ}}{{\left(4\mathrm{\π}\right)}^3{L}_{\mathrm{ss}}{L}_p\left(d_s\right)L_{\mathrm{add}}\left(d_s\right)}+4\mathrm{lgF}\left(d_s\right)-3\lg d_s$

其中：

d_s为海面散射单元；

P_rs(d_s)为海面散射单元d_s的回波信号功率；

P_t为雷达发射信号的峰值功率；

G_t为自由空间发射天线增益；

G_r为自由空间接收天线增益；

λ为雷达的工作波长；

F(d_s)为海面散射单元d_s的Norton衰减因子；

ξ₀(d_s)为海面散射单元d_s的散射系数；

L_p(d_s)为收发共站的雷达体制下发射波形占空比引起的衰减；

L_add(d_s)为光滑海面引起的传播衰减和由非光滑海面引起的附加衰减之和；

L_ss为雷达系统损耗；

△d和△θ分别为距离分辨率和方位分辨率。

4.根据权利要求1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1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：

$f\left({\mathrm{\σ}}_n\right)=\frac{1}{4\mathrm{\Δd}}[\frac{P_{\mathrm{rs}}(n+1)}{P_{\mathrm{rs}}\left(n\right)}+\frac{3d_s(n+1)}{d_s\left(n\right)}-\frac{{\mathrm{\ξ}}_0(n+1)}{{\mathrm{\ξ}}_0\left(n\right)}+\frac{L_p(n+1)}{L_p\left(n\right)}+\frac{L_{\mathrm{add}}(n+1)}{L_{\mathrm{add}}\left(n\right)}-5]$

其中：

n表示距离元序号；

f(σ_n)表示序号为n+1、n的海面散射单元d_s间的Norton衰减因子；

P_rs(n+1)、P_rs(n)分别为序号为n+1、n的海面散射单元d_s的回波信号功率；

d_s(n+1)、d_s(n)分别为序号为n+1、n的海面散射单元d_s；

ξ₀(n+1)、ξ₀(n)分别为序号为n+1、n的海面散射单元d_s的散射系数；

L_p(n+1)、L_p(n)分别为发射波形占空比在序号为n+1、n的海面散射单元d_s上引起的衰减；

L_add(n+1)、L_add(n)分别为光滑海面和非光滑海面对序号为n+1、n的海面散射单元d_s引起的附加衰减；

△d为距离分辨率。

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

$f\left({\mathrm{\σ}}_n\right)=\frac{1}{4\mathrm{\Δd}}[\frac{P_{\mathrm{rs}}(n+1)}{P_{\mathrm{rs}}\left(n\right)}+\frac{3d_s(n+1)}{d_s\left(n\right)}-\frac{{\mathrm{\ξ}}_0(n+1)}{{\mathrm{\ξ}}_0\left(n\right)}+\frac{L_p(n+1)}{L_p\left(n\right)}+\frac{L_{\mathrm{add}}(n+1)}{L_{\mathrm{add}}\left(n\right)}-5]$ 中，在海况近似一致时，

在在海况不一致时，可通过查海况传播损耗表获得

值。

8.根据权利要求1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1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：

1）根据实际情况给出海水电导率的可能范围[σ_min,σ_max]，在该范围内进行N个点的均值采样，离散化步长为

2）将探测距离离散为d₁,d₂,…,d_M，离散化步长为△d为距离分辨率；

3）根据

对每个σ_u分别计算探测距离元d_k处对应的Norton衰减因子F(σ_u,d_k)，并令X(σ_j,d_k)＝lgF(σ_j,d_k)其中，u=1、2、…、N，k＝1、2、…、M；F(d)为Norton衰减因子；

为复介电常数，ε_g为自由空间介电常数，ω为电波角频率，ε₀为真空介电常数，σ为海面电导率；erfc()为误差函数；w＝pe^-jb，

为数值距离，d为探测距离，k₀为雷达发射波的波矢量，

为相位因子；

4）对X(σ_j,d_k)＝lgF(σ_j,d_k)求导，即可得到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 $F({\mathrm{\σ}}_u,d_k)=\frac{X({\mathrm{\σ}}_u,d_{k+1})-X({\mathrm{\σ}}_u,d_k)}{\mathrm{\Δd}}.$

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