基于多物理场海洋环境参数的实际海面几何建模方法与流程

1.本发明属于微波遥感领域，涉及基于多物理场海洋环境参数的实际海面几何建模方法。


背景技术：

2.传统海面电磁散射特性研究一般是基于充分发展的风浪谱理论模型，对于实际海洋环境要素的考虑并不全面，输入参量一般是风速和风向，这和真实海面状态不相符合。现有海杂波幅度均值模型获取的回波信息并不能完全反映海面的真实状态，如波高、波向和波周期等；因此没有充分考虑到真实海面电磁散射特性，存在着物理海洋学的技术瓶颈与认知水平的限制。


技术实现要素：

3.本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出基于多物理场海洋环境参数的实际海面几何建模方法，实现了实际海洋环境的多尺度海面几何建模，最终解决复杂海洋环境下海杂波幅度均值获取难题。
4.本发明解决技术的方案是：
5.基于多物理场海洋环境参数的实际海面几何建模方法，包括如下步骤：
6.步骤一、选择感兴趣的海洋区域，获取该区域多物理场海洋环境参数，包括特定位置的经向风速u
10
、纬向风速v
10
、有效波高hs、平均波向φ
wave
、平均波周期初始波向φ
′
wave
和温度t
sea
；计算综合风速u
10
和风向φ
wind
；并对初始波向φ
′
wave
进行转换处理，获得平均波向φ
wave
；
7.步骤二、计算与综合风速u
10
和风向φ
wind
相关的张力波能量谱e
short
(k,φ)，设定张力波海面范围和剖分精度，计算张力波海面起伏高度h
short
(xs,ys,t)；
8.步骤三、计算与有效波高hs、平均波向φ
wave
、平均波周期相关的重力波能量谱sg(f,φ)，设定重力波海面范围和剖分精度，计算重力波海面综合起伏高度h
gravity
(xg,yg,t)；
9.步骤四、确保张力波海面剖分网格数大于重力波海面剖分网格数，且重力波海面范围大于张力波海面范围，将步骤二中的张力波海面起伏高度按照重力波海面面元斜率叠加在重力波海面面元上，计算海面综合起伏高度h
total
(xs,ys,t)，实现多物理场海洋环境参数的实际海面几何建模。
10.在上述的基于多物理场海洋环境参数的实际海面几何建模方法，所述步骤一中，采用欧洲中尺度气象卫星再分析数据多物理场海洋环境参数，获取该海域海面上空10米处的经向风速u
10
、纬向风速v
10
、有效波高hs、平均波向φ
wave
、平均波周期平均波向φ
wave
和温度t
sea
。
11.在上述的基于多物理场海洋环境参数的实际海面几何建模方法，所述综合风速u
10
为风向φ
wind
为φ
wind
＝arctan(v
10
/u
10
)。
12.在上述的基于多物理场海洋环境参数的实际海面几何建模方法，初始波向φ
′
wave
的范围为0
°‑
360
°
；平均波向φ
wave
转换公式为：
[0013][0014]
在上述的基于多物理场海洋环境参数的实际海面几何建模方法，所述步骤二中，张力波能量谱e
short
(k,φ)的计算方法为：
[0015][0016]
式中，fm为elfouhaily高频短波作用函数；
[0017]
d(k,φ,φ
wind
)为cosine幂律方向分布函数；
[0018][0019]
δ(k)为elfouhaily逆侧风比例因子；
[0020]
k为海面波数离散值；
[0021]
φ为观测海面方位向离散值；
[0022]
uf为与综合风速u
10
相关的海表面摩擦风速；
[0023][0024]
c为光速取3
×
108m/s；
[0025]cm
为常数，cm＝0.23m/s。
[0026]
在上述的基于多物理场海洋环境参数的实际海面几何建模方法，所述步骤二中，张力波海面范围和剖分精度的设定方法为：
[0027]
设定张力波海面范围为矩形区域，沿风方向边长为l
x_s
，垂直风向边长为l
y_s
；沿边长l
x_s
划分网格数为ms，沿边长l
y_s
划分网格数为ns；则张力波海面沿l
x_s
方向的剖分精度为δxs＝l
x_s
/ms；沿l
y_s
方向的剖分精度为δys＝l
y_s
/ns；
[0028]
张力波海面起伏高度h
short
(xs,ys,t)的计算方法为：
[0029][0030]
式中，t为任意时刻；
[0031]
xs为沿风向方向的坐标；xs＝(m-1)δxs；m＝1,2,
…ms
[0032]ys
为垂直风向方向的坐标；ys＝(n-1)δys；n＝1,2,
…ns
；
[0033]eshort
(k,φ)为张力波能量谱；
[0034]
i为海面波数离散值；
[0035]
j为海面方向角离散值；
[0036]
m为波数的采样点数；
[0037]
n为方向角的采样点数；
[0038]
δωi为角频率离散间隔；
[0039]
δφj为方向角离散间隔；
[0040]ki
,ωi,φj和φ
ij
(seed)分别对应叠加波的波数，角频率，方向角和初始相位；且满足g为重力加速度；
[0041]
获得海面范围为l
x_s
×
l
y_s
，网格剖分大小为ms×ns
的张力波海面每个坐标点(xs,ys)下海面起伏高度值h
short
(xs,ys,t)。
[0042]
在上述的基于多物理场海洋环境参数的实际海面几何建模方法，所述步骤三中，重力波能量谱sg(f,φ)为：
[0043][0044]
式中，f为海面波浪频率；
[0045]
φ为观测海面方位向离散值；
[0046]
d(f,φ,φ
wave
)为cosine幂律方向分布函数；
[0047][0048]
f为频率，
[0049]
g为重力加速度；
[0050]
k为海面波数离散值；
[0051]km
为常数取370。
[0052]
在上述的基于多物理场海洋环境参数的实际海面几何建模方法，所述步骤三中，重力波海面范围和剖分精度的设定方法为：
[0053]
重力波海面范围为矩形区域，沿风向方向边长为l
x_g
，垂直风向边长为l
y_g
；沿边长l
x_g
划分网格数为mg，沿边长l
y_g
划分网格数为ng；则张力波海面沿l
x_g
方向的剖分精度为δxg＝l
x_g
/mg；沿l
y_g
方向的剖分精度为δyg＝l
y_g
/ng；
[0054]
为实现重力波和张力波正常叠加，满足l
x_g
≥l
x_s
和l
y_g
≥l
y_s
，且mg《ms和ng》ns；
[0055]
采用线性叠加法计算任意时刻t任意坐标点(xg,yg)处重力波海面起伏高度h
gravity
(xg,yg,t)为：
[0056][0057]
式中，xg为沿风向方向的坐标；xg＝(m-1)δxg，m＝1,2,
…
mg；
[0058]
yg为垂直风向的坐标；yg＝(n-1)δyg，n＝1,2,
…
ng；
[0059]
sg(f,φ)重力波能量谱；
[0060]
i为海面波数离散值；
[0061]
j为海面方向角离散值；
[0062]
m为波数的采样点数；
[0063]
n为方向角的采样点数；
[0064]
δωi为角频率离散间隔；
[0065]
δφj为方向角离散间隔；
[0066]fi
,ωi,φj和φ
ij
(seed)分别对应叠加波的频率，角频率，方向角和初始相位，且满足其中g为重力加速度；
[0067]
获得海面范围为l
x_g
×
l
y_g
，网格剖分大小为mg×
ng的重力波海面每个坐标点(xg,yg)下海面起伏高度值h
gravity
(xg,yg,t)。
[0068]
在上述的基于多物理场海洋环境参数的实际海面几何建模方法，所述步骤四中，将张力波海面起伏高度依据重力波海面面元斜率叠加在重力波海面面元上的方法为：
[0069]
s1、根据张力波海面网格剖分数ms和ns，将张力波叠加重力波海面；张力波海面面元相对于重力波海面可用下式确定其所在面元位置(l
xs_to_xg
，l
ys_to_yg
)：
[0070]
l
xs_to_xg
＝int(xs/δxg)
×
δxg；
[0071]
l
ys_to_yg
＝int(ys/δyg)
×
δyg[0072]
式中，l
xs_to_xg
为张力波海面相对于重力波海面沿风向方向所在位置；
[0073]
l
ys_to_yg
为张力波海面相对于重力波海面垂直风向所在位置；
[0074]
int()为取整数；
[0075]
s2、根据所在面元位置确定所在面元三个点的坐标(x
sg1
,y
sg1
,z
sg1
)，(x
sg2
,y
sg2
,z
sg2
)，和(x
sg3
,y
sg3
,z
sg3
)；其中，z
sg1
、z
sg2
、z
sg3
分别表示重力波海面坐标点(x
sg1
,y
sg1
)、(x
sg2
,y
sg2
)、(x
sg3
,y
sg3
)处的起伏高度，得到面元中心点坐标(x
sg_center
,y
sg_center
,z
sg_center
)，计算张力波海面相对于该面元中心的相对起伏高度h
xs_to_xg
；
[0076]
将张力波海面起伏高度按照重力波海面斜率叠加生成重组海面起伏高度，获得海面范围为l
x_g
×
l
y_g
，网格剖分大小为ms×ns
的叠加波海面每个坐标点(xs,ys)下海面综合起伏高度值h
total
(xs,ys,t)。
[0077]
在上述的基于多物理场海洋环境参数的实际海面几何建模方法，所述s2中，张力波海面相对于该面元中心的相对起伏高度h
xs_to_xg
为：
[0078]hxs_to_xg
＝z
sg_center
(x
s-x
sg_center
)
×zx
(y
s-y
sg_center
)
×
zy[0079]
式中，z
x
和zy分别为重力波海面沿风向方向和垂直风向的海面面元斜率大小；
[0080]
海面综合起伏高度值h
total
(xs,ys,t)为：
[0081]htotal
(xs,ys,t)＝h
xs_to_xg
(xs,ys,t) h
short
(xs,ys,t)。
[0082]
本发明与现有技术相比的有益效果是：
[0083]
(1)本发明提出基于卫星数据提供的多物理场海洋环境要素的实际海面几何建模方法，该方法可依据所选海域和数据源，输出符合特定海域的多物理场海面几何模型样本库，同时可依据海面电磁散射理论算法，建立特定海域海洋工程模型，具有较高的实用价值；
[0084]
(2)本发明提出基于卫星数据提供的多物理场海洋环境要素的实际海面几何建模方法，该方法不再采用传统简单的风浪海面模型，而是融合了多种实际海浪特征变量，更加符合实际海面情况，解决了传统风浪海面模型无法描绘相同风速风向下海浪能量差异的缺陷。
附图说明
[0085]
图1为本发明实际海面几何建模流程图；
[0086]
图2为实施例基于1024组时变海面生成海杂波幅度均值时间序列示意图；
[0087]
图3为实施例基于2017年1月黄海海洋环境参数获取的散射幅度示意图。
具体实施方式
[0088]
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
[0089]
本发明的目的在于突破传统风浪谱海面电磁散射特性理论的不足，结合卫星数据提供的实际海浪信息，提供一种可用于仿真复杂海洋环境下海面幅度均值的多物理场海洋环境参数的实际海面几何建模方法。通过采用多物理场参数海面几何模型可以克服传统风浪海面的不足，针对相同海情的海域，可依据卫星海洋数据给出海浪电磁分布特性；结合基于风速和风向的瞬时张力波海面，以及考虑波高、波向和波周期的重力波海面，依据重力波海浪斜率分布叠加小尺度张力波海浪，实现了实际海洋环境的多尺度海面几何建模；结合面元双尺度电磁散射算法，即可解决复杂海洋环境下海杂波幅度均值获取难题。
[0090]
基于多物理场海洋环境参数的实际海面几何建模方法，如图1所示，具体包括如下步骤：
[0091]
步骤一、选择感兴趣的海洋区域，获取该区域多物理场海洋环境参数，包括特定位置的经向风速u
10
、纬向风速v
10
、有效波高hs、平均波向φ
wave
、平均波周期初始波向φ
′
wave
和温度t
sea
；计算综合风速u
10
和风向φ
wind
；并对初始波向φ
′
wave
进行转换处理，获得平均波向φ
wave
；采用欧洲中尺度气象卫星再分析数据多物理场海洋环境参数，获取该海域海面上空10米处的经向风速u
10
、纬向风速v
10
、有效波高hs、平均波向φ
wave
、平均波周期平均波向φ
wave
和温度t
sea
。
[0092]
综合风速u
10
为风向φ
wind
为φ
wind
＝arctan(v
10
/u
10
)。风向φ
wind
范围为(-180
°
,180
°
)，需将计算获得的风向φ
wind
负值部分加360
°
，转换为等价的正值，从而与平均波向φ
wave
的数值范围(0
°
,360
°
)相比拟。
[0093]
由于风向是从x轴(经向)正半轴开始，即与x轴(经向)重合记为0
°
，与y轴(纬向)重合记为90
°
方向；而平均波向采用的是海洋气象学方向，故是从正北方起始，即与y轴(纬向)重合记为0
°
方向，与x轴(经向)重合记为90
°
方向；因此需要对初始波向φ
′
wave
采用下式转换处理：初始波向φ
′
wave
的范围为0
°‑
360
°
；平均波向φ
wave
转换公式为：
[0094][0095]
步骤二、计算与综合风速u
10
和风向φ
wind
相关的张力波能量谱e
short
(k,φ)：
[0096]
张力波能量谱e
short
(k,φ)的计算方法为：
[0097][0098]
式中，fm为elfouhaily高频短波作用函数；
[0099]
d(k,φ,φ
wind
)为cosine幂律方向分布函数；
[0100][0101]
δ(k)为elfouhaily逆侧风比例因子；
[0102]
k为海面波数离散值；
[0103]
φ为观测海面方位向离散值；
[0104]
uf为与综合风速u
10
相关的海表面摩擦风速；
[0105][0106]
c为光速取3
×
108m/s；
[0107]cm
为常数，cm＝0.23m/s。
[0108]
设定张力波海面范围和剖分精度，计算张力波海面起伏高度h
short
(xs,ys,t)。
[0109]
张力波海面范围和剖分精度的设定方法为：
[0110]
设定张力波海面范围为矩形区域，沿风方向边长为l
x_s
，垂直风向边长为l
y_s
；沿边长l
x_s
划分网格数为ms，沿边长l
y_s
划分网格数为ns；则张力波海面沿l
x_s
方向的剖分精度为δxs＝l
x_s
/ms；沿l
y_s
方向的剖分精度为δys＝l
y_s
/ns；
[0111]
张力波海面起伏高度h
short
(xs,ys,t)的计算方法为：
[0112][0113]
式中，t为任意时刻；
[0114]
xs为沿风向方向的坐标；xs＝(m-1)δxs；m＝1,2,
…ms
[0115]ys
为垂直风向方向的坐标；ys＝(n-1)δys；n＝1,2,
…ns
；
[0116]eshort
(k,φ)为张力波能量谱；
[0117]
i为海面波数离散值；
[0118]
j为海面方向角离散值；
[0119]
m为波数的采样点数；
[0120]
n为方向角的采样点数；
[0121]
δωi为角频率离散间隔；
[0122]
δφj为方向角离散间隔；
[0123]ki
,ωi,φj和φ
ij
(seed)分别对应叠加波的波数，角频率，方向角和初始相位；且满足g为重力加速度；
[0124]
获得海面范围为l
x_s
×
l
y_s
，网格剖分大小为ms×ns
的张力波海面每个坐标点(xs,ys)下海面起伏高度值h
short
(xs,ys,t)。
[0125]
步骤三、计算与有效波高hs、平均波向φ
wave
、平均波周期相关的重力波能量谱sg(f,φ)：
[0126]
重力波能量谱sg(f,φ)为：
[0127][0128]
式中，f为海面波浪频率；
[0129]
φ为观测海面方位向离散值；
[0130]
d(f,φ,φ
wave
)为cosine幂律方向分布函数；
[0131][0132]
f为频率，
[0133]
g为重力加速度；
[0134]
k为海面波数离散值；
[0135]km
为常数取370。
[0136]
设定重力波海面范围和剖分精度，计算重力波海面综合起伏高度h
gravity
(xg,yg,t)。重力波海面范围和剖分精度的设定方法为：
[0137]
重力波海面范围为矩形区域，沿风向方向边长为l
x_g
，垂直风向边长为l
y_g
；沿边长l
x_g
划分网格数为mg，沿边长l
y_g
划分网格数为ng；则张力波海面沿l
x_g
方向的剖分精度为δxg＝l
x_g
/mg；沿l
y_g
方向的剖分精度为δyg＝l
y_g
/ng；
[0138]
为实现重力波和张力波正常叠加，满足l
x_g
≥l
x_s
和l
y_g
≥l
y_s
，且mg《ms和ng》ns；
[0139]
采用线性叠加法计算任意时刻t任意坐标点(xg,yg)处重力波海面起伏高度h
gravity
(xg,yg,t)为：
[0140][0141]
式中，xg为沿风向方向的坐标；xg＝(m-1)δxg，m＝1,2,
…
mg；
[0142]
yg为垂直风向的坐标；yg＝(n-1)δyg，n＝1,2,
…
ng；
[0143]
sg(f,φ)重力波能量谱；
[0144]
i为海面波数离散值；
[0145]
j为海面方向角离散值；
[0146]
m为波数的采样点数；
[0147]
n为方向角的采样点数；
[0148]
δωi为角频率离散间隔；
[0149]
δφj为方向角离散间隔；
[0150]fi
,ωi,φj和φ
ij
(seed)分别对应叠加波的频率，角频率，方向角和初始相位，且满足其中g为重力加速度；初始相位满足0-2π之间的均匀分布。
[0151]
获得海面范围为l
x_g
×
l
y_g
，网格剖分大小为mg×
ng的重力波海面每个坐标点(xg,yg)下海面起伏高度值h
gravity
(xg,yg,t)。
[0152]
步骤四、确保张力波海面剖分网格数大于重力波海面剖分网格数，且重力波海面范围大于张力波海面范围，将步骤二中的张力波海面起伏高度按照重力波海面面元斜率叠加在重力波海面面元上，计算海面综合起伏高度h
total
(xs,ys,t)，实现多物理场海洋环境参数的实际海面几何建模。
[0153]
将张力波海面起伏高度依据重力波海面面元斜率叠加在重力波海面面元上的方法为：
[0154]
s1、根据张力波海面网格剖分数ms和ns，将张力波叠加重力波海面；张力波海面面元相对于重力波海面可用下式确定其所在面元位置(l
xs_to_xg
，l
ys_to_yg
)：
[0155]
l
xs_to_xg
＝int(xs/δxg)
×
δxg；
[0156]
l
ys_to_yg
＝int(ys/δyg)
×
δyg[0157]
式中，l
xs_to_xg
为张力波海面相对于重力波海面沿风向方向所在位置；
[0158]
l
ys_to_yg
为张力波海面相对于重力波海面垂直风向所在位置；
[0159]
int()为取整数；
[0160]
s2、根据所在面元位置确定所在面元三个点的坐标(x
sg1
,y
sg1
,z
sg1
)，(x
sg2
,y
sg2
,z
sg2
)，和(x
sg3
,y
sg3
,z
sg3
)；其中，z
sg1
、z
sg2
、z
sg3
分别表示重力波海面坐标点(x
sg1
,y
sg1
)、(x
sg2
,y
sg2
)、(x
sg3
,y
sg3
)处的起伏高度，得到面元中心点坐标(x
sg_center
,y
sg_center
,z
sg_center
)，计算张力波海面相对于该面元中心的相对起伏高度h
xs_to_xg
：
[0161]hxs_to_xg
＝z
sg_center
(x
s-x
sg_center
)
×zx
(y
s-y
sg_center
)
×
zy[0162]
式中，z
x
和zy分别为重力波海面沿风向方向和垂直风向的海面面元斜率大小。
[0163]
将张力波海面起伏高度按照重力波海面斜率叠加生成重组海面起伏高度，获得海面范围为l
x_g
×
l
y_g
，网格剖分大小为ms×ns
的叠加波海面每个坐标点(xs,ys)下海面综合起伏高度值h
total
(xs,ys,t)。
[0164]htotal
(xs,ys,t)＝h
xs_to_xg
(xs,ys,t) h
short
(xs,ys,t)。
[0165]
可见相当于对重力波海面按照张力波海面剖分精度重新精细化剖分。从而实现考虑真实海浪海洋环境要素影响的实际海面几何建模。
[0166]
给定时序海面时间采样间隔和持续时间，重复步骤二至步骤四的实际海面几何建模方法，获取由步骤一给定多物理场海洋环境参数下的时变海面几何模型数据库，作为后续时变海面电磁散射幅度均值仿真的输入文件。给定仿真海面总持续时间t
total
＝n
total
δt，δt表示时间采样间隔，n
total
默认取1024，将时间变化因子t＝nδt,n＝1,2,3
…ntoal
代入步骤二中分别生成张力波海面和重力波海面，并建立实际海面几何模型，最终获取的1024组海面模型可作为后续时变海面电磁散射输入文件。
[0167]
本发明可应用于基于卫星数据的实际海洋环境要素实现实际海面几何建模。所述实际海面几何模型结果包含多种实际海洋环境要素，可结合海面电磁散射算法仿真海杂波幅度均值，同时可作为海洋大数据重要的补充参考资料。该方法通过建立结合风速和风向的瞬时张力波海面模型，以及考虑波高、波向和波周期的重力波海面模型的海面时间序列样本数据库，结合海面双尺度电磁散射理论算法，解决了复杂海洋环境下海杂波幅度均值获取难题，其具体实施例如下：
[0168]
步骤1：本专利示例采用欧洲中尺度气象卫星再分析数据(era-interim)，2017年1月8日12时黄海海域(34
°
n，122.5
°
e)海洋环境要素，此时读取到：风速9.82m/s、风向298.76
°
、波高1.61m、波向292.24
°
，以及波周期5.02s，温度10℃，盐度变化很小一般取33
‰
，据此生成1024组海面几何样本。
[0169]
步骤2：张力波海面尺寸128m
×
128m，剖分网格数为512
×
512，故空间剖分精度为0.25m
×
0.25m，即l
x_s
＝l
y_s
＝128,ms＝ns＝512,δxs＝δys＝0.25,雷达频率为10ghz，入射角80
°
，采用线性叠加法计算任意时刻t任意坐标点(xs,ys)处张力波海面起伏高度为：
[0170][0171]
其中，e
short
(ki,φj)为与风速和风向相关的张力波能量谱密度。
[0172]
步骤3：重力波海面尺寸128m
×
128m，剖分网格数为128
×
128，故空间剖分精度为1m
×
1m，即l
x_g
＝l
y_g
＝128,mg＝ng＝128,δxg＝δyg＝1,雷达频率为10ghz，入射角80
°
，采用线性叠加法计算任意时刻t任意坐标点(xg,yg)处重力波海面起伏高度为：
[0173][0174]
其中，sg(f,φ)为与波高、波向和波周期相关的重力波能量谱密度。
[0175]
步骤4：根据张力波海面网格剖分数ms＝ns＝512，重新建立张力波叠加重力波海面；张力波海面面元相对于重力波海面可用下式确定其所在面元位置：
[0176]
l
xs_to_xg
＝int(xs)；l
ys_to_yg
＝int(ys)
[0177]
其中，int()表示取整数，xs＝(m-1)δxs和ys＝(n-1)δys，且m,n＝1,2,
…
512；l
xs_to_xg
和l
ys_to_yg
分别张力波海面相对于重力波海面沿x轴和y轴所在面元位置。
[0178]
步骤5：根据所在面元位置确定所在面元三个点的坐标(x
sg1
,y
sg1
,z
sg1
)，(x
sg2
,y
sg2
,z
sg2
)，和(x
sg3
,y
sg3
,z
sg3
)，z
sg1,2,3
表示重力波海面坐标点(x
sg1,2,3
,y
sg1,2,3
)处的起伏高度，从而获取所在面元中心点坐标(x
sg_center
,y
sg_center
,z
sg_center
)，进而确定张力波海面相对于该面元中心的相对起伏高度为：
[0179]hxs_to_xg
＝z
sg_center
(x
s-x
sg_center
)
×zx
(y
s-y
sg_center
)
×
zy[0180]
其中，z
x
和zy分别是(3b)中给出的重力波海面沿x轴和y轴海面面元斜率大小，h
xs_to_xg
为张力波相对于重力波面元中心起伏高度值，从而最终叠加海面起伏高度为
[0181]htotal
(xs,ys,t)＝h
xs_to_xg
(xs,ys,t) h
short
(xs,ys,t)
[0182]
据此实现张力波海面起伏高度按照重力波海面斜率叠加生成重组海面起伏高度，重组后可获得海面范围为128
×
128，网格剖分大小为512
×
512的叠加波海面每个坐标点(xs,ys)下海面起伏高度值h
total
(xs,ys,t)。
[0183]
步骤6：给定仿真海面总持续时间t
total
＝1024
×
δt，δt表示时间采样间隔取0.005s，相当于生成的海面样本为每隔0.005秒取一次静态快照，将时间变化因子t＝0.005n,n＝1,2,3
…
1024代入分别生成张力波海面和重力波海面，并建立实际海面几何模型，最终获取的1024组海面模型可作为后续时变海面电磁散射输入文件。
[0184]
步骤7：海水的介电常数是电磁波频率、海水的温度和海水的盐度的复函数，根据温度和盐度，依据常见介电常数模型修正海域海水介电常数；采用面元双尺度叠加所有面元电磁散射贡献，获取所选计算海面区域给定多物理场参数下的海杂波幅度均值(海面后向电磁散射系数)。
[0185]
步骤8：依据步骤1获取的num组多物理场海洋环境参数，每组多物理场海洋环境参数均生成1024组时变海面几何模型，并采用面元双尺度算法获取相应的海杂波幅度均值，则可获取num组多物理场海洋环境参数相对应的海杂波幅度均值，即可分析该海域实际海洋环境参数下海杂波特性。
[0186]
下面通过仿真实验对本发明的效果做进一步说明：
[0187]
仿真参数设置如下：采用欧洲中尺度气象卫星数据库(era-interim)，提取2017年
1月8日12时黄海海域(34
°
n，122.5
°
e)海洋环境要素，作为高海情(5级)示例：风速9.82m/s、风向298.76
°
、波高1.61m、波向292.24
°
，以及波周期5.02s，生成1024组海面几何样本。雷达入射波频率取x波段10.0ghz，仿真图2给出不同极化幅度均值计算结果。此外，仿真图3给出该黄海海域1月份vv极化幅度均值计算结果散点图，可见与实际测量值非常类似。
[0188]
仿真分析结论：对于给定海域海面电磁散射回波，利用本发明基于卫星数据的多物理场海洋环境参数实际海面几何建模方法，结合海面电磁散射理论仿真海杂波幅度均值，结果可以充分考虑多元物理场综合效应对海面电磁散射的影响，仿真结果与实测值极为相似。
[0189]
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。