CN115984505A - 一种高海况海杂波平均后向散射系数的高精度计算方法 - Google Patents

一种高海况海杂波平均后向散射系数的高精度计算方法 Download PDF

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CN115984505A CN202310028937.9A CN202310028937A CN115984505A CN 115984505 A CN115984505 A CN 115984505A CN 202310028937 A CN202310028937 A CN 202310028937A CN 115984505 A CN115984505 A CN 115984505A
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Abstract

本发明涉及海杂波技术领域，特别涉及一种高海况海杂波平均后向散射系数的高精度计算方法。该方法包括：根据海谱函数生产面元形式的三维海面几何模型；其中，所述海面几何模型包括多个面元；在平面波的照射下，对所述海面几何模型应用射线追踪法，生成射线集合；其中，所述射线集合中包括多条射线；对于每一条所述射线，按顺序标记与所述射线相交所述面元，得到多个相交面元集合；根据多个所述相交面元集合，应用小斜率近似法计算得到总散射场；根据多个所述总散射场计算平均后向散射系数。本发明实施例提供了一种高海况海杂波平均后向散射系数的高精度计算方法，能够对高海况海杂波平均后向散射系数进行高精度、高效率计算的方法。

Description

一种高海况海杂波平均后向散射系数的高精度计算方法
技术领域
本发明涉及海杂波技术领域，特别涉及一种高海况海杂波平均后向散射系数的高精度计算方法。
背景技术
在不同入射角下，海杂波均会对海面目标探测识别造成很大影响。因此，研究海杂波的散射特性，尤其是平均后向散射系数具有重大意义。
相关技术中，存在多种关于海杂波平均后向散射系数的电磁计算方法，如基尔霍夫近似法、双尺度法、小斜率近似法、积分方程法、射线追踪法等。其中前四种方法属于解析/半解析方法,计算效率高，适用于低海况海杂波；特别是小斜率近似法，以其入射角适用范围广、计算精度高而获得广泛应用。而射线追踪法能够实现对高海况下海杂波散射多径效应的仿真，但需要对海面几何模型进行细致的面元剖分及多次射线追踪，故计算效率低，较少被采用。
因此，针对以上不足，急需一种可对高海况海杂波平均后向散射系数进行高精度、高效率计算的方法。
发明内容
本发明实施例提供了一种高海况海杂波平均后向散射系数的高精度计算方法，能够对高海况海杂波平均后向散射系数进行高精度、高效率计算的方法。
本发明实施例提供一种高海况海杂波平均后向散射系数的高精度计算方法，包括：
根据海谱函数生产面元形式的三维海面几何模型；其中，所述海面几何模型包括多个面元；
在平面波的照射下，对所述海面几何模型应用射线追踪法，生成射线集合；其中，所述射线集合中包括多条射线；
对于每一条所述射线，按顺序标记与所述射线相交所述面元，得到多个相交面元集合；
根据多个所述相交面元集合，应用小斜率近似法计算得到总散射场；
根据多个所述总散射场计算平均后向散射系数。
在一种可能的设计中，所述根据海谱函数生产面元形式的三维海面几何模型，包括：
设海谱函数的具体形式为
Figure BDA0004045885480000021
其中，
Figure BDA0004045885480000022
为海水行波矢量，u为海面风速；
使用非线性生成技术生成面元形式的三维海面几何模型；其中，海面几何模型在水平面的投影是边长为L的正方形，L＝300δ，δ为雷达横向分辨率；
海面几何模型被等分为106个边长为0.3δ的正方形面元。
在一种可能的设计中，所述在平面波的照射下，对所述海面几何模型应用射线追踪法，生成射线集合，包括：
对所述海面几何模型进行消隐处理,确定被
Figure BDA0004045885480000023
直接照射的面元，并生成射线集合{lα}；其中，
Figure BDA0004045885480000024
为平面波。
在一种可能的设计中，所述对于每一条所述射线，按顺序标记与所述射线相交所述面元，得到多个相交面元集合，包括：
计算与每一条所述射线lα相交的所述面元；其中，lα为{lα}中的一条所述射线，α为正整数，表示射线的序号；
按相交顺序标记与所述射线lα相交的所述面元，得到相交面元集合，所述相交面元集合中包括多个面元元素Sαβ，α为所述射线的序号，β为所述面元与所述射线相交的序号。
在一种可能的设计中，所述根据多个所述相交面元集合，应用小斜率近似法计算得到总散射场，包括：
计算所述面元元素Sαβ的反射场
Figure BDA0004045885480000025
应用小斜率近似法计算所述面元元素Sαβ的散射场
Figure BDA0004045885480000026
计算总散射场。
在一种可能的设计中，所述计算所述面元元素Sαβ的反射场
Figure BDA0004045885480000027
包括：
Figure BDA0004045885480000031
其中，
Figure BDA0004045885480000032
为反射场，
Figure BDA0004045885480000033
Figure BDA0004045885480000034
为费涅尔反射系数，
Figure BDA0004045885480000035
为海水行波矢量，α为所述射线的序号，β为所述面元与所述射线相交的序号，
Figure BDA0004045885480000036
为β-1所述面元和β面元之间的光程差。
在一种可能的设计中，所述应用小斜率近似法计算所述面元元素Sαβ的散射场
Figure BDA0004045885480000037
包括：
Figure BDA0004045885480000038
其中，
Figure BDA0004045885480000039
为与Sαβ对应的小斜率近似散射系数。
在一种可能的设计中，所述计算总散射场，包括：
Figure BDA00040458854800000310
其中，
Figure BDA00040458854800000311
为总散射场。
在一种可能的设计中，所述根据多个所述总散射场计算平均后向散射系数，包括：
生成103幅所述海面几何模型，计算得到103组
Figure BDA00040458854800000312
计算平均后向散射系数σ：
Figure BDA00040458854800000313
其中，
Figure BDA00040458854800000314
为总散射场，
Figure BDA00040458854800000315
为平面波，L＝300δ，δ为雷达横向分辨率。
本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：
在本发明中，将小斜率近似法和射线追踪法结合来计算海杂波的平均后向散射系数，本申请提供的方法计算效率高、入射角适用范围广、计算精度高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种高海况海杂波平均后向散射系数的高精度计算方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的一种高海况海杂波平均后向散射系数的高精度计算方法的HH极化平均后向散射系数的计算结果示意图；
图3是本发明实施例提供的一种高海况海杂波平均后向散射系数的高精度计算方法的VV极化平均后向散射系数的计算结果示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；除非另有规定或说明，术语“多个”是指两个或两个以上；术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本说明书的描述中，需要理解的是，本发明实施例所描述的“上”、“下”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本发明实施例的限定。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。
如图1至3所示，本发明实施例提供一种高海况海杂波平均后向散射系数的高精度计算方法，包括：
根据海谱函数生产面元形式的三维海面几何模型；其中，海面几何模型包括多个面元；
在平面波的照射下，对海面几何模型应用射线追踪法，生成射线集合；其中，射线集合中包括多条射线；
对于每一条射线，按顺序标记与射线相交面元，得到多个相交面元集合；
根据多个相交面元集合，应用小斜率近似法计算得到总散射场；
根据多个总散射场计算平均后向散射系数。
在本发明中，将小斜率近似法和射线追踪法结合来计算海杂波的平均后向散射系数，如图2、图3所示，本申请提供的方法计算效率高、入射角适用范围广、计算精度高，其中，σHH、σVV分别是HH、VV极化的海杂波平均后向散射系数，θ为入射角。
在本发明的一些实施例中，根据海谱函数生产面元形式的三维海面几何模型，包括：
设海谱函数的具体形式为
Figure BDA0004045885480000051
其中，
Figure BDA0004045885480000052
为海水行波矢量，u为海面风速；
使用非线性生成技术生成面元形式的三维海面几何模型；其中，海面几何模型在水平面的投影是边长为L的正方形，L＝300δ，δ为雷达横向分辨率；
海面几何模型被等分为106个边长为0.3δ的正方形面元。
在本发明的一些实施例中，在平面波的照射下，对海面几何模型应用射线追踪法，生成射线集合，包括：
对海面几何模型进行消隐处理,确定被
Figure BDA0004045885480000053
直接照射的面元，并生成射线集合{lα}；其中，
Figure BDA0004045885480000054
为平面波。
在本发明的一些实施例中，对于每一条射线，按顺序标记与射线相交面元，得到多个相交面元集合，包括：
计算与每一条射线lα相交的面元；其中，lα为{lα}中的一条射线，α为正整数，表示射线的序号；
按相交顺序标记与射线lα相交的面元，得到相交面元集合，相交面元集合中包括多个面元元素Sαβ，α为射线的序号，β为面元与射线相交的序号。
在本发明的一些实施例中，根据多个相交面元集合，应用小斜率近似法计算得到总散射场，包括：
计算面元元素Sαβ的反射场
Figure BDA0004045885480000055
应用小斜率近似法计算面元元素Sαβ的散射场
Figure BDA0004045885480000061
计算总散射场。
在本发明的一些实施例中，计算面元元素Sαβ的反射场
Figure BDA0004045885480000062
包括：
Figure BDA0004045885480000063
其中，
Figure BDA0004045885480000064
为反射场，
Figure BDA0004045885480000065
为费涅尔反射系数，
Figure BDA0004045885480000066
为海水行波矢量，α为射线的序号，β为面元与射线相交的序号，
Figure BDA0004045885480000067
为β-1面元和β面元之间的光程差。
具体地，先计算β等于1时的反射场
Figure BDA0004045885480000068
上式中，等号右侧的
Figure BDA0004045885480000069
e为
Figure BDA00040458854800000610
为已知条件，进而得到
Figure BDA00040458854800000611
将
Figure BDA00040458854800000612
代入上式以计算
Figure BDA00040458854800000613
遍历所有β，得到所有散射场
Figure BDA00040458854800000614
同样的方法，开始先让α等于1，然后遍历所有α，最终得到所有
Figure BDA00040458854800000615
在本发明的一些实施例中，应用小斜率近似法计算面元元素Sαβ的散射场
Figure BDA00040458854800000616
包括：
Figure BDA00040458854800000617
其中，
Figure BDA00040458854800000618
为与Sαβ对应的小斜率近似散射系数。
小斜率近似法为现有技术，具体方法不在本申请赘述。
在本发明的一些实施例中，计算总散射场，包括：
Figure BDA00040458854800000619
其中，
Figure BDA00040458854800000620
为总散射场。
在本发明的一些实施例中，根据多个总散射场计算平均后向散射系数，包括：
生成103幅海面几何模型，计算得到103组
Figure BDA00040458854800000621
计算平均后向散射系数σ：
Figure BDA00040458854800000622
其中，
Figure BDA00040458854800000623
为总散射场，
Figure BDA00040458854800000624
为平面波，L＝300δ，δ为雷达横向分辨率。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种高海况海杂波平均后向散射系数的高精度计算方法，其特征在于，包括：
根据海谱函数生产面元形式的三维海面几何模型；其中，所述海面几何模型包括多个面元；
在平面波的照射下，对所述海面几何模型应用射线追踪法，生成射线集合；其中，所述射线集合中包括多条射线；
对于每一条所述射线，按顺序标记与所述射线相交所述面元，得到多个相交面元集合；
根据多个所述相交面元集合，应用小斜率近似法计算得到总散射场；
根据多个所述总散射场计算平均后向散射系数。
2.根据权利要求1所述的高精度计算方法，其特征在于，所述根据海谱函数生产面元形式的三维海面几何模型，包括：
设海谱函数的具体形式为
Figure FDA0004045885470000011
其中，
Figure FDA0004045885470000012
为海水行波矢量，u为海面风速；
使用非线性生成技术生成面元形式的三维海面几何模型；其中，海面几何模型在水平面的投影是边长为L的正方形，L＝300δ，δ为雷达横向分辨率；
海面几何模型被等分为106个边长为0.3δ的正方形面元。
3.根据权利要求1所述的高精度计算方法，其特征在于，所述在平面波的照射下，对所述海面几何模型应用射线追踪法，生成射线集合，包括：
对所述海面几何模型进行消隐处理,确定被
Figure FDA0004045885470000013
直接照射的面元，并生成射线集合{lα}；其中，
Figure FDA0004045885470000014
为平面波。
4.根据权利要求1所述的高精度计算方法，其特征在于，所述对于每一条所述射线，按顺序标记与所述射线相交所述面元，得到多个相交面元集合，包括：
计算与每一条所述射线lα相交的所述面元；其中，lα为{lα}中的一条所述射线，α为正整数，表示射线的序号；
按相交顺序标记与所述射线lα相交的所述面元，得到相交面元集合，所述相交面元集合中包括多个面元元素Sαβ，α为所述射线的序号，β为所述面元与所述射线相交的序号。
5.根据权利要求4所述的高精度计算方法，其特征在于，所述根据多个所述相交面元集合，应用小斜率近似法计算得到总散射场，包括：
计算所述面元元素Sαβ的反射场
Figure FDA0004045885470000021
应用小斜率近似法计算所述面元元素Sαβ的散射场
Figure FDA0004045885470000022
计算总散射场。
6.根据权利要求5所述的高精度计算方法，其特征在于，所述计算所述面元元素Sαβ的反射场
Figure FDA0004045885470000023
包括：
Figure FDA0004045885470000024
其中，
Figure FDA0004045885470000025
为反射场，
Figure FDA0004045885470000026
为费涅尔反射系数，
Figure FDA0004045885470000027
为海水行波矢量，α为所述射线的序号，β为所述面元与所述射线相交的序号，
Figure FDA0004045885470000028
为β-1所述面元和β面元之间的光程差。
7.根据权利要求5所述的高精度计算方法，其特征在于，所述应用小斜率近似法计算所述面元元素Sαβ的散射场
Figure FDA0004045885470000029
包括：
Figure FDA00040458854700000210
其中，
Figure FDA00040458854700000211
为与Sαβ对应的小斜率近似散射系数。
8.根据权利要求1所述的高精度计算方法，其特征在于，所述计算总散射场，包括：
Figure FDA00040458854700000212
其中，
Figure FDA00040458854700000213
为总散射场。
9.根据权利要求1所述的高精度计算方法，其特征在于，所述根据多个所述总散射场计算平均后向散射系数，包括：
生成103幅所述海面几何模型，计算得到103组
Figure FDA00040458854700000214
计算平均后向散射系数σ：
Figure FDA00040458854700000215
其中，
Figure FDA0004045885470000031
为总散射场，
Figure FDA0004045885470000032
为平面波，L＝300δ，δ为雷达横向分辨率。
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