CN109190182A - 一种油膜覆盖非线性海面的电磁散射建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种油膜覆盖非线性海面的电磁散射建模方法，包括：建立油膜覆盖非线性海面几何轮廓模型；根据油膜覆盖非线性海面几何轮廓模型，建立油膜覆盖海面的后向散射回波模型；验证油膜覆盖海面的后向散射回波模型的有效性。本发明克服了现有Lomb修正模型无法考虑油膜厚度和气象条件对海面几何轮廓影响的缺陷，可以真实地模拟油膜覆盖海面的几何轮廓；同时采用基于迭代思想的高频方法避免了传统高频和低频算法脱离实际情况的缺陷，可用于分析海面漂浮油膜时电磁波的入射角、风速、油膜的厚度、种类等参数对海面雷达散射截面以及多普勒谱展宽和频移的影响规律。

Description

一种油膜覆盖非线性海面的电磁散射建模方法

技术领域

本发明属于石油勘探领域，具体涉及一种油膜覆盖非线性海面的电磁散射建模方法。

背景技术

近年来，随着我国海洋石油勘探开发的飞速发展，来自钻井船和采油平台的大量含油污水、船舶碰撞搁浅和触礁事故导致的外泄燃油等排入海洋，在很大程度上对我国海域的自然环境造成了恶劣的影响。目前，海洋表面油膜的监测及检测主要通过遥感手段进行，通过光谱特征分析探测油膜的遥感技术包括多/高光谱、热红外、激光荧光等。其中作为典型代表的高光谱遥感将成像技术与光谱技术结合在一起，获取的图像包含了丰富的空间、辐射和光谱三重信息，目前已成为薄油膜监测和检测的重要手段。但基于光谱特征分析的遥感系统多受海面上方复杂气象条件的制约，对于发生在浓雾天气或夜间时段的溢油事故，难以做到及时准确的预报。

微波雷达遥感由于能穿透云雾，受天气因素干扰较小，可全天候、全天时工作，成为海上溢油的重要监测手段，适合监测低能见度下海上溢油事故的发生，真正做到早预报、早发现。现有技术中基于马朗戈尼阻尼效应，采用Lomb修正模型对海面的高度谱函数-Elfouhaily谱进行修正，构建油膜覆盖海面的几何轮廓模型，简单分析油膜的阻尼作用对基于Elfouhaily谱海面轮廓的影响，进而利用高频近似方法或者低频数值方法研究油膜对海面多普勒的影响。

现有的Lomb修正模型认为油膜引起的阻尼作用可用马朗戈尼波和拉普拉斯波的耦合理论来解释，该修正模型是一种最简单的物理修正模型，无法考虑油膜厚度对海面轮廓的影响，并且只适用于平静海面，即无风情形，这与多数情况下的实际海面气象条件并不相符，由于海面轮廓对于构建电磁散射模型以及多普勒分析的影响较大，故按照现有的方案仿真油膜覆盖海面的电磁散射模型误差较大，基于散射模型的多普勒误差也就较大，因此Lomb修正模型存在很大的缺陷。同时高频近似算法将油膜覆盖海面的分层介质模型简化为单层介质情形，仿真模型存在较大程度上的简化，无法保障数值建模的精度。低频数值算法计算效率过低，并且对于油膜厚度有所限制，即油膜厚度越薄，计算结果越难以收敛，导致仿真结果精度较低。

发明内容

为了解决现有技术中存在的所述问题，本发明提出了一种油膜覆盖非线性海面的电磁散射建模方法，本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明实施例提供了一种油膜覆盖非线性海面的电磁散射建模方法，包括：

建立油膜覆盖非线性海面几何轮廓模型；

根据所述油膜覆盖非线性海面几何轮廓模型，建立油膜覆盖海面的后向散射回波模型；

验证所述油膜覆盖海面的后向散射回波模型的有效性。

在本发明的一个实施例中，所述建立油膜覆盖非线性海面几何轮廓模型，包括：

根据局部平衡修正模型对干净海面的功率谱密度函数进行修正得到油膜覆盖海面的功率谱密度函数；

根据CILR非线性模型对所述油膜覆盖海面的功率谱密度函数进行非线性变换得到油膜覆盖非线性海面的几何轮廓模型。

在本发明的一个实施例中，所述局部平衡修正模型，表达式为：

W_染(K)＝W(K)/y_s

其中，W_染(K)表示油膜覆盖海面的功率谱密度函数，W(K)表示干净海面的功率谱密度函数，y_s是基于局部平衡修正模型的油膜阻尼率。

在本发明的一个实施例中，所述基于局部平衡修正模型的油膜阻尼率，表达式为：

其中，β是海面风速成长因子，γ_净表示干净海面的阻尼衰减系数，γ_染表示油膜覆盖海面的阻尼衰减系数。

在本发明的一个实施例中，所述油膜覆盖非线性海面的几何轮廓模型，表达式为：

其中，Σ表示求和操作，A_NL(K,t)表示油膜覆盖非线性海面的傅里叶分量，i表示虚数单位。

在本发明的一个实施例中，所述建立油膜覆盖海面的后向散射回波模型，包括：

根据所述油膜覆盖非线性海面几何轮廓模型迭代计算雷达波在油膜层反射产生的若干等效电磁流；

当判断迭代次数的误差小于预设误差阈值时，根据每个所述等效电磁流得到油膜表面总电磁流；

根据所述油膜表面总电磁流得到所述油膜覆盖海面的后向散射回波模型。

在本发明的一个实施例中，所述判断迭代次数的误差，表达式为：

其中，J_sn(ρ₀)表示第n次迭代得到的等效电流，Σ表示求和操作，J_si(ρ₀)表示第i次迭代得到的等效电流；所述预设误差阈值为10^-4。

在本发明的一个实施例中，所述油膜覆盖海面的后向散射回波模型，包括：雷达散射截面模型和多普勒模型。

在本发明的一个实施例中，所述雷达散射截面模型，表达式为：

其中，Im{}表示取虚数部分，E_s(ρ_∞)表示空间中任意点的散射场，g表示锥形波因子，θ_i表示雷达波的入射角。

在本发明的一个实施例中，所述多普勒模型，表达式为：

其中，<·>表示对海面样本求集平均，E_s(t,θ_s,θ_i)为t时刻的复散射场，θ_i表示雷达波的入射角，θ_s表示雷达波的散射角。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1.本发明基于局部平衡修正模型和CILR非线性模型建立了油膜覆盖非线性海面的几何轮廓，克服了现有技术中Lomb修正模型无法考虑油膜厚度和气象条件对海面轮廓影响的缺陷，可以真实地模拟油膜覆盖海面的几何轮廓。

2.本发明采用基于迭代思想的高频方法用于油膜覆盖非线性海面的电磁散射建模，克服了现有技术中传统高频近似算法精度较差的缺陷，同时避免了低频数值算法为了仿真数据收敛(油膜太薄，仿真数据不收敛)，对油膜厚度要求过厚，脱离实际情况的缺陷。

3.本发明提出的基于迭代思想的高频方法进行油膜覆盖非线性海面的电磁散射建模方法，可用于分析建立海面漂浮油膜时电磁波的入射角、油膜的种类(重油、轻油)、油膜的厚度、油膜的物理参数以及风速等参数对海面雷达散射以及后向散射多普勒谱展宽和频移的影响规律。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种油膜覆盖非线性海面的电磁散射建模方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的流程总体示意图；

图3为本发明实施例提供的在不同油膜厚度情况下基于局部平衡修正模型的修正谱和干净海面斜率谱的对比图；

图4为本发明实施例提供的在不同油膜种类情况下基于局部平衡修正模型的的修正谱和干净海面斜率谱的对比图；

图5为本发明实施例提供的油膜覆盖海面的几何轮廓示意图；

图6为本发明实施例提供的在不同油膜厚度情况下海面几何轮廓的斜率谱和干净海面几何轮廓斜率谱的对比图；

图7为本发明实施例提供的基于迭代思想的高频方法电磁散射过程示意图；

图8为本发明实施例提供的基于迭代思想的高频方法求E_d1(ρ₁),H_d1(ρ₁)的辐射源示意图；

图9为本发明实施例提供的基于迭代思想的高频方法求E_u1(ρ₀),H_u1(ρ₀)的辐射源示意图；

图10为本发明实施例提供的基于迭代思想的高频方法建立的雷达散射截面模型与传统计算方法的仿真结果对比图；

图11为本发明实施例提供的基于迭代思想的高频方法建立的油膜覆盖的线性海面与非线性海面的多普勒模型仿真结果比较图：左列为线性海面，右列为非线性海面。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一

如图1所示，图1为本发明实施例提供的一种油膜覆盖非线性海面电磁散射建模方法的流程示意图。

本发明提供了一种油膜覆盖非线性海面的电磁散射建模方法，包括：

建立油膜覆盖非线性海面几何轮廓模型；

根据油膜覆盖非线性海面几何轮廓模型，建立油膜覆盖海面的后向散射回波模型；

验证油膜覆盖海面的后向散射回波模型的有效性。

优选地，建立油膜覆盖非线性海面几何轮廓模型，包括：

根据局部平衡修正模型对干净海面的功率谱密度函数进行修正得到油膜覆盖海面的功率谱密度函数；

根据CILR非线性模型对油膜覆盖海面的功率谱密度函数进行非线性变换得到油膜覆盖非线性海面的几何轮廓模型。

本发明具体实施例中选取干净海面的功率谱密度函数为：

其中，α＝8.10×10^-3,β＝0.74，U为海面上方19.5m高度处的风速，g为重力加速度。

局部平衡修正模型，表达式为：

W_染(K)＝W(K)/y_s(K,U,d,pp)

其中，W(K)，W_染(K)分别表示干净海面和油膜覆盖海面的功率谱密度函数，y_s是基于局部平衡修正模型的油膜阻尼率，具体表达式为：

其中，β(K,U^*)是海面风速成长因子，与海面的摩擦风速U^*密切相关，γ_净(K)和γ_染(K,d,pp)分别是干净海面和油膜覆盖海面的阻尼衰减系数。摩擦风速U^*和风速U之间的关系如下：

其中，

其中，c_p为相速度。γ_净(K)＝2νK²和γ_染(K,d,pp)分别是干净海面和油膜覆盖海面的阻尼衰减系数，ν是海水的运动粘度系数。γ_染(K,d,pp)与油膜及海面的物理参数如油膜体粘度、油膜厚度、表面张力以及表面弹性模量均有很大关系，具体表达式如下所示：

其中，ν_油,ν_水分别表示油膜粘度和海水粘度，ε,x,y表达式分别如下：

ε＝E_油-iωσ_油

其中，E_油表示油膜的弹性模量，ρ₀表示海水密度，σ_油表示油膜的张力，其值与油膜的厚度密切相关，表达式如下：

这里d为油膜厚度。

当确定好油膜的各种参数，包括厚度d和粘度系数ν_油等，即可得到油膜覆盖海面的阻尼衰减系数γ_染(K,d,pp)。由预先设定好的海面风速计算出相应的摩擦风速U^*后，结合油膜覆盖海面的阻尼衰减系数γ_染(K,d,pp)即可得到基于局部平衡修正模型的油膜阻尼率y_s，进而可以得到油膜覆盖海面的功率谱密度函数W_染(K,U,d,pp)。

为了更好的说明局部平衡修正模型对于海谱功率谱密度函数修正的效果，本实施例给出了斜率谱的相关计算方式以及结果比较，斜率谱和功率谱密度函数之间的关系如下：

下面结合附图3和4对基于局部平衡修正前后的斜率谱曲线进行对比说明。

附图3和4中的黑色粗实线表示没有修正的P-M斜率谱曲线，细实线和点画线均表示修正后的P-M斜率谱曲线，附图3中的细实线表示油膜厚度为0.05毫米时的斜率谱曲线，点画线表示油膜厚度为0.1毫米时的斜率谱曲线，从图中可以发现修正后的斜率谱曲线中高频的成分被削弱了。并且油膜厚度越大，修正程度越明显；附图4中细实线和点画线分别表示不同油膜种类下的斜率谱曲线，可以发现油膜粘度数值较大时，修正程度越明显。

下面结合附图5对油膜覆盖非线性海面的几何轮廓建模进行说明。

由附图5可知，当海面漂浮油膜时，空气、油膜和海面就自然形成了一种分层介质结构，图中粗实线表示海面轮廓f₁(x)，细实线表示油膜的轮廓f₀(x)。d为油膜厚度。欲得到海面的几何轮廓，现有的技术是利用功率谱密度函数，采用蒙特卡洛方法来模拟生成几何轮廓。其基本思想是在频域用功率谱对其进行滤波，再做逆傅里叶变换得到海面的几何轮廓。这种方法仅可以得到线性海面几何轮廓，是对单纯风浪的一种较为粗糙的模拟，是基于简谐波的线性叠加生成的几何轮廓。实际海面多以混合浪的形式存在，加上风、浪、波之间的非线性效应，海面高度在一定程度上偏离了正态分布，为了反映这种真实海面所具有的非线性特征，本发明在线性海面生成的基础上，考虑海浪的非线性作用，利用CILR非线性海面模型得到油膜覆盖非线性海面的几何轮廓。

CILR非线性模型变化的规则为：

对修正后的功率谱密度函数W_染(K)进行逆傅里叶变换得到油膜覆盖非线性海面的几何轮廓：

其中，A_NL(K,t)表示油膜覆盖非线性海面的傅里叶分量，表达式为：

其中，通过对修正后的功率谱密度函数W_染(K)进行希尔伯特变换得到。

为了更好的说明CILR非线性变换对于海面几何轮廓斜率的影响，本实施例给出了不同油膜厚度下的海面几何轮廓斜率与干净海面时的比较。

下面结合附图6对不同油膜厚度下的海面几何轮廓斜率与干净海面的比较情况进行说明。

附图6中黑色粗实线表示干净海面的几何轮廓谱曲线，附图4中细实线和点画线均表示经过修正和CILR非线性变换后的几何轮廓谱曲线，细实线表示油膜厚度为0.05毫米时的几何轮廓斜率谱曲线，点画线表示油膜厚度为0.1毫米时的几何轮廓斜率谱曲线，可以发现，经过修正和CILR非线性变换后的几何轮廓谱曲线变化较大，这也与斜率谱的变化规律相一致。

实施例二

本实施例在所述实施例的基础上，通过基于迭代思想的高频方法，根据油膜覆盖非线性海面几何轮廓模型建立油膜覆盖海面的后向散射回波模型。

根据油膜覆盖非线性海面几何轮廓模型建立油膜覆盖海面的后向散射回波模型，包括：

根据油膜覆盖非线性海面几何轮廓模型迭代计算雷达波在油膜层反射产生的若干等效电磁流；

当判断迭代次数的误差小于预设误差阈值时，根据每个等效电磁流得到油膜表面总电磁流；

根据油膜表面总电磁流得到油膜覆盖海面的后向散射回波模型。

下面结合附图7对基于迭代思想的高频方法进行说明。

如图7所示，S₀和S₁分别表示油膜层和海洋表面。当电磁波到达油膜覆盖海洋的表面时，将在其表面辐射出极化电磁流，我们用不同的字母下角标表示不同位置处的电磁流。J_{si(i＝0,1,2...)}(ρ₀),M_{si(i＝0,1,2...)}(ρ₀)表示油膜上表面处等效极化电磁流。J_{ui(i＝0,1,2...)}(ρ₀),M_{ui(i＝0,1,2...)}(ρ₀)表示油膜层下表面的等效电磁流。J_{di(i＝0,1,2...)}(ρ₀),M_{di(i＝0,1,2...)}(ρ₀)表示海洋上表面S₁处的等效电磁流。

首先，电磁波在油膜层S₀上表面处激发电磁流J_s0(ρ₀),M_s0(ρ₀)，油膜层将部分电磁波反射回空间，部分电磁波透射进入油膜层。通过等效原理，油膜层下表面处的电磁流J_u0(ρ₀),M_u0(ρ₀)可以求得，以其为新辐射源发出透射波，穿越油膜层在海洋表面S₁上激发等效电磁流J_d1(ρ₁),M_d1(ρ₁)。由于海洋表面的高反特性，到达其表面的大部分电磁波被其反射回油膜层，从而又在油膜层下表面处产生新的等效电磁流J_u1(ρ₀),M_u1(ρ₀)，然后油膜层将部分电磁波透射出空间，利用等效电磁流J_s1(ρ₀)＝-J_u1(ρ₀),M_s1(ρ₀)＝-M_u1(ρ₀)计算透射出空间的电磁波能量，同时又将少量的电磁波反射回海洋表面又产生了J_d2(ρ₁),M_d2(ρ₁)，如此重复，直到油膜层的电磁波能量衰减殆尽，迭代过程即结束。最后由每一次迭代所产生的表面等效电磁流J_{si(i＝0,1,2...)}(ρ₀),M_{si(i＝0,1,2...)}(ρ₀)得到总的表面电磁流：

用于计算空间中电磁场分布情况。

下面结合附图8和9对所述基于迭代思想的高频方法的公式推导进行说明。

在仿真计算中，为了避免人为截断粗糙面而引起相应的计算误差，本发明将锥形平面波引入到该方法中，其表达式如下：

其中w(ρ)＝[2(x-ztanθ_i)²/g²-1]/(kgcosθ_i)²，g为锥形波因子，θ_i为入射角。由上式可得到入射磁场的表达式如下：

由高频算法可知，雷达电磁波在油膜层上表面初次激发出的电磁流表达式如下：

由等效原理，可得到油膜层下表面的等效电磁流：

这里，R_0|1表示油膜层的反射系数，表达式如下：

到达海洋表面的透射场用E_d1,H_d1表示，其定义式如下：

这里为单位并矢。为二维格林函数。为第一类零阶汉克尔函数。计算了透射波到达海洋表面某点处的电磁场E_d1(ρ₁),H_d1(ρ₁)，从计算公式可以看出我们的迭代方法得到某点电磁场的方法与射线追踪思想完全不一样，并不追踪射线路径，欲求某点的电磁场，需要考虑所有辐射源的共同辐射作用，如附图8所示。

将公式推导中得到的油膜层下表面的等效电磁流代入透射波到达海洋表面某点处的电场可得：

这里，

将公式推导中得到的油膜层下表面的等效电磁流代入透射波到达海洋表面某点处的磁场可得：

根据高频理论，由辐射场E_d1(ρ₁),H_d1(ρ₁)可以计算得到海洋表面的等效电磁流表达式：

这里， 为第一类一阶汉克尔函数。类似的，海洋表面处每一点的极化电磁流J_d1(ρ₁),M_d1(ρ₁)在油膜层均会产生反射场，如附图9所示，反射场E_u1,H_u1可由下式得到：

然后由高频算法可求得J_u1(ρ₁),M_u1(ρ₁)，表达式如下：

这里R_1|0是海洋表面的反射系数，具体表达式如下：

按照迭代策略，依次可以由n-1阶的电磁流J_u(n-1)(ρ₀),M_u(n-1)(ρ₀)以及J_d(n-1)(ρ₀),M_d(n-1)(ρ₀)得到第n阶的J_dn(ρ₀),M_dn(ρ₀)以及J_un(ρ₀),M_un(ρ₀)，n≥1，

最后得到第n阶的J_sn＝-J_un,M_sn＝-M_un，将油膜上表面的n-1阶的所有电磁流代入所述总的表面电磁流表达式中，即可求得最终电磁散射场：

本发明中所述所述判断迭代次数的误差，表达式为：

其中，J_sn(ρ₀)表示第n次迭代得到的等效电流，Σ表示求和操作，J_si(ρ₀)表示第i次迭代得到的等效电流；所述预设误差阈值为10-4。

虽然ε_误差值越小，计算结果越准确，但同时迭代阶数越高，计算效率也就相应降低，所以无需追求极小的误差值，只需要在保证散射精度的基础上，迭代阶数越低越好。

油膜覆盖海面的后向散射回波模型，包括：雷达散射截面模型和多普勒模型。

当迭代过程结束，将求得的最终电磁流其代入下式，可由亥姆霍兹积分方程得到空间中任意点的散射场：

为了得到雷达散射截面模型，可将ρ代为ρ_∞，即

将其代入下式即可得到雷达散射截面模型的表达式：

其中，Im{}表示取虚数部分，E_s(ρ_∞)表示空间中任意点的散射场，g表示重力加速度，θ_i表示雷达波的入射角。

下面结合附图10对所述雷达散射截面模型进行实验仿真结果分析。

附图10展示了基于传统的高频方法、本发明中使用的迭代方法以及精确数值算法建立的雷达散射截面模型仿真结果对比。为了使得精确的数值算法结果收敛，算例取的油膜厚度较大，设定油膜层厚度为d＝0.01m海面风速为5m/s，电磁波频率为3GHz，入射角为0°。从图中结果可以看出，本发明所使用的迭代方法仿真结果与精确数值算法仿真结果吻合较好，而传统的高频方法结果仅在-300～300散射角范围内与精确数值结果吻合较好，其他散射角区域吻合较差。这体现了本发明所使用方法的计算精度满足了油膜覆盖海面的电磁仿真要求。.

海面散射回波的多普勒通常定义为散射场时间自相关函数的傅立叶变换即：

其中，<·>表示对海面样本求集平均，E_s(t,θ_s,θ_i)为t时刻的复散射场，由迭代高频方法获得。为了定量的研究多普勒，通过考察多普勒频移和展宽获取多普勒信息。多普勒频移通常定义为：

f_c＝|∫fS(f)df/∫S(f)df|

多普勒频移f_c与功率加权的散射体的平均的雷达视向速度有关。多普勒谱展宽是由散射面元相对于的雷达视线方向的速度的方差决定。由于海面各部分的雷达视线速度并不相同，并且有的面元向接近雷达视线运动，有的面元背离雷达视线运动，从而时变海面的雷达回波的多普勒并不是单一的谱线，而是具有一定谱宽度的连续的频谱密度函数，谱宽定义为：

下面结合附图10对所述雷达散射截面模型进行实验仿真结果分析。

附图10展示了基于本发明中的方法仿真得到油膜覆盖非线性海面的多普勒仿真结果与干净海面的多普勒仿真结果进行比较。仿真模型的时间间隔取0.02s，时间样本数取256，多普勒曲线是50个粗糙海面样本取集平均后的结果，电磁波频率是1GHz，极化方式为水平极化。附图10给出了线性与非线性海面归一化多普勒结果的比较，其中每幅图中的两条曲线均分别代表干净海面以及油膜覆盖海面的多普勒结果。干净海面的几何建模基于传统的PM谱，油膜覆盖海面的几何建模基于局部平衡修正模型。从附图中可以看出，在小入射角下，基于线性模型与非线性模型的干净海面的多普勒几乎没有差异。随着入射角的增大，线性海面的多普勒几乎收缩为一根线，此时线性与非线性海面的多普勒差异越来越明显。具体而言，在中等和大入射角下，非线性海面的多普勒的谱宽基本保持不变，并无明显减小的趋势，这与线性海面多普勒的谱宽变化明显不同，这种差异主要是因为随着入射角的增大，非线性波浪的运动速度要大于线性波浪，所以谱宽相对于后者要大一些，尤其在接近掠入射情形。此外，随着入射角的增大，相同入射角下，非线性海面的多普勒频移总大于线性海面的多普勒频移。与文献实测结果定性的对比表明，非线性海面的频移和展宽特性同实测数据符合得更好。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种油膜覆盖非线性海面的电磁散射建模方法，其特征在于，包括：

建立油膜覆盖非线性海面几何轮廓模型；

根据所述油膜覆盖非线性海面几何轮廓模型，建立油膜覆盖海面的后向散射回波模型；

验证所述油膜覆盖海面的后向散射回波模型的有效性。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立油膜覆盖非线性海面几何轮廓模型，包括：

根据局部平衡修正模型对干净海面的功率谱密度函数进行修正得到油膜覆盖海面的功率谱密度函数；

根据CILR非线性模型对所述油膜覆盖海面的功率谱密度函数进行非线性变换得到油膜覆盖非线性海面的几何轮廓模型。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述局部平衡修正模型，表达式为：

W_染(K)＝W(K)/y_s

其中，W_染(K)表示油膜覆盖海面的功率谱密度函数，W(K)表示干净海面的功率谱密度函数，y_s是基于局部平衡修正模型的油膜阻尼率。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于局部平衡修正模型的油膜阻尼率，表达式为：

其中，β是海面风速成长因子，γ_净表示干净海面的阻尼衰减系数，γ_染表示油膜覆盖海面的阻尼衰减系数。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述油膜覆盖非线性海面的几何轮廓模型，表达式为：

其中，Σ表示求和操作，A_NL(K,t)表示油膜覆盖非线性海面的傅里叶分量，i表示虚数单位。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立油膜覆盖海面的后向散射回波模型，包括：

根据所述油膜覆盖非线性海面几何轮廓模型迭代计算雷达波在油膜层反射产生的若干等效电磁流；

当判断迭代次数的误差小于预设误差阈值时，根据每个所述等效电磁流得到油膜表面总电磁流；

根据所述油膜表面总电磁流得到所述油膜覆盖海面的后向散射回波模型。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述判断迭代次数的误差，表达式为：

其中，J_sn(ρ₀)表示第n次迭代得到的等效电流，Σ表示求和操作，J_si(ρ₀)表示第i次迭代得到的等效电流；所述预设误差阈值为10^-4。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述油膜覆盖海面的后向散射回波模型，包括：雷达散射截面模型和多普勒模型。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述雷达散射截面模型，表达式为：

其中，Im{}表示取虚数部分，E_s(ρ_∞)表示空间中任意点的散射场，g表示锥形波因子，θ_i表示雷达波的入射角。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述多普勒模型，表达式为：

其中，<·>表示对海面样本求集平均，E_s(t,θ_s,θ_i)为t时刻的复散射场，θ_i表示雷达波的入射角，θ_s表示雷达波的散射角。