專利名稱：溢油海面電磁散射的計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于海洋微波遙感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及ー種溢油海面電磁散射的計(jì)算方法。
背景技術(shù)：
海洋中蘊(yùn)含著豐富的漁業(yè)資源、礦產(chǎn)資源、藥物資源以及油氣資源等，它與人類的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)息息相關(guān)。海洋溢油污染具有影響海域范圍廣、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、對(duì)海洋生物和生態(tài)環(huán)境破壞大的特點(diǎn)。在溢油監(jiān)測(cè)方面，主要有直接探測(cè)和遙感探測(cè)兩種方法。遙感探測(cè)主要采用電磁波的方法來(lái)區(qū)分溢油和海面，目前常用的電磁波有可見光、微波、紅外、紫外及激光。合成孔 徑雷達(dá)(SAR, synthetic aperture radar)作為ー種全天時(shí)、全天候和高分辨率微波遙感技術(shù)得到了快速發(fā)展，在溢油監(jiān)測(cè)方面發(fā)揮了積極的作用，然而高虛警率問題阻礙了 SAR溢油監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用，盡管已提出了許多種SAR溢油識(shí)別方法，但該問題仍未得到徹底的解決。溢油海面電磁散射是微波遙感方法探測(cè)海面溢油的物理基礎(chǔ)，這將有助于改進(jìn)溢油識(shí)別方法，從而降低SAR溢油監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的高虛警率。在溢油海面電磁散射的計(jì)算問題上，涉及到海面電磁散射和溢油對(duì)海面的影響兩個(gè)方面的內(nèi)容。海面電磁散射的計(jì)算方法大致分為有近似法和數(shù)值法兩種。數(shù)值法具有較高的精度，但存在運(yùn)算量較大的缺點(diǎn)。在近似法中，主要有KA法、微擾法及雙尺度法。KA法適用于大起伏的粗糙面，微擾法適用于微起伏的粗糙面，而雙尺度法認(rèn)為海面中同時(shí)包含大尺度波和小尺度波，并且小尺度粗糙度是按照表面大尺度粗糙度的斜率分布來(lái)傾斜的。因此，雙尺度法的適用范圍更廣，計(jì)算結(jié)果較KA法和微擾法更準(zhǔn)確。關(guān)于溢油對(duì)海面的影響方面，現(xiàn)有的大多數(shù)方法，如文獻(xiàn)(N. Pinel, N. Dechamps,し· Bourlier. Modeling of the bistatic electromagnetic scattering from seasurfaces covered in oil for microwave applications[J]. IEEE Trans. Geosci. RemoteSens. ,2008,46(2) :385-392)，只考慮了溢油對(duì)海面頻譜的影響，給出了一種溢油海面電磁散射的數(shù)值計(jì)算方法。但是在該文獻(xiàn)中，忽略了溢油對(duì)海面方向譜的影響，也未涉及溢油海面的色散關(guān)系。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷提供一種適用于溢油海面電磁散射的近似計(jì)算，適用范圍廣、計(jì)算準(zhǔn)確及運(yùn)算量小的溢油海面電磁散射的計(jì)算方法。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案本發(fā)明溢油海面電磁散射的計(jì)算方法，其特征在于包括如下步驟步驟一、根據(jù)海洋環(huán)境參數(shù)和，計(jì)算清潔海面的J0NSWAP頻譜S (ω);步驟ニ、根據(jù)溢油抑制函數(shù)，計(jì)算溢油海面的頻譜Stjil(CO)；
步驟三、根據(jù)Marangoni波的色散關(guān)系和溢油海面的頻譜Stjil (ω)，計(jì)算溢油海面的方向譜；步驟四、采用雙尺度法，計(jì)算溢油海面的雷達(dá)后向散射系數(shù)4⑷-和本發(fā)明通過Marangoni波的色散關(guān)系和溢油抑制函數(shù)來(lái)求解溢油海面的方向譜；并采用雙尺度近似法來(lái)計(jì)算溢油海面的雷達(dá)后向散射系數(shù)，其中，小尺度溢油海浪電磁散射系數(shù)采用微擾法來(lái)計(jì)算，而大尺度溢油海浪斜率的統(tǒng)計(jì)分布則采用Cox-Munk溢油經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有適用范圍廣、計(jì)算準(zhǔn)確及運(yùn)算量小的優(yōu)點(diǎn)。


圖I是本發(fā)明方法的流程圖具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明如圖I所示，本發(fā)明溢油海面電磁散射的計(jì)算方法，包括如下步驟步驟ー根據(jù)海洋環(huán)境參數(shù)和，計(jì)算清潔海面的J0NSWAP頻譜S (ω);J0NSWAP海浪譜的表達(dá)式為 Χ(ω) =」「εχρ[_ι(」^)4]Ζ 式中，
^=exp[_^5y-]1P~>1 ω^= π^Ρ] %為譜峰值角頻率，《為海
浪的角頻率，Y為峰升因子，δ為峰形參量,g為引力常數(shù)，α為尺度系數(shù),U為海面上IOm處的風(fēng)速，F(xiàn)為風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度；步驟ニ 根據(jù)溢油抑制函數(shù)，計(jì)算溢油海面的頻譜Stjil(CO)溢油海面的海浪譜んXO = WW式中，q為海面溢油區(qū)域歸ー化因
lV、ノノ，
子，溢油抑制ト^ト念，找
油膜的彈性模量，U為油膜的運(yùn)動(dòng)粘度，ωΒ為溢油的特征角頻率，P為溢油的密度，k為波數(shù)；步驟三根據(jù)Marangoni波的色散關(guān)系和溢油海面的頻譜Stjil (ω)，計(jì)算溢油海面的方向譜Wtjil(I^kn)溢油海面波數(shù)進(jìn)行網(wǎng)格離散化處理Gv kn)，Ii111為海面在X方向上的波數(shù)，
, 2π . M .
km = —(m - -Xm = 1,2, K, M-I，即在X方向上海面波數(shù)離散化M個(gè)點(diǎn)；kn為海面在
I方向上的波數(shù)，ん》= —(η~—Χ η = 1,2, K, N-I,即在Y方向上海面波數(shù)離散化N個(gè)點(diǎn)，其中，L1為海面在X方向的長(zhǎng)度，L2為海面在I方向的長(zhǎng)度；計(jì)算溢油海面上每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的海浪波數(shù)kmn = ^jk2m +K根據(jù)Marangoni波的色散關(guān)系計(jì)算角頻率
權(quán)利要求
1.一種溢油海面電磁散射的計(jì)算方法，其特征是它包括如下步驟， 步驟一、根據(jù)海洋環(huán)境參數(shù)和，計(jì)算清潔海面的JONSWAP頻譜
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溢油海面電磁散射的計(jì)算方法，其特征是步驟一中
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溢油海面電磁散射的計(jì)算方法，其特征是步驟二中，溢油海面的海浪譜
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溢油海面電磁散射的計(jì)算方法
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溢油海面電磁散射的計(jì)算方法，其特征是步驟四中，雷達(dá)后向散射系數(shù)4的u=, 式中，色，<分別表示雷達(dá)波在基準(zhǔn)坐標(biāo)系和本地坐標(biāo)系中的入射角；I，U分別表示基準(zhǔn)坐標(biāo)系中的單位水平，垂直極化矢量；P7分別表示本地坐標(biāo)系中的單位水平，垂直極化矢量 , i分別表示溢油海面在X，y方向上的斜率； 0^(0;)，Ow(^Z)分別表示小凡度溢油海浪的雷達(dá)后向散射系數(shù)，用微擾法i十算:的方3法為= 4*1 cos4e；——(￡r d~-i— JPb3(2Jt ^[ons^+^-ai2^)=]2 Ow^)=4< CUS^ I Kcqs^ +(^ )2f 式中，為雷達(dá)波的波數(shù)，Sr為溢油海表面的相對(duì)介電常數(shù)； Fi^r)表示大尺度溢油海浪斜率的概率密度函數(shù)，采用Cox-Munk溢油經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?；w 、取 4) 「4 ^ 式中，"iis為溢油海面上12. 5m處的風(fēng)速。
全文摘要
本發(fā)明屬于海洋微波遙感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種溢油海面電磁散射的計(jì)算方法。一種溢油海面電磁散射的計(jì)算方法，包括如下步驟步驟一、根據(jù)海洋環(huán)境參數(shù)和，計(jì)算清潔海面的JONSWAP頻譜；步驟二、根據(jù)溢油抑制函數(shù)，計(jì)算溢油海面的頻譜；步驟三、根據(jù)Marangoni波的色散關(guān)系和溢油海面的頻譜,計(jì)算溢油海面的方向譜；步驟四、采用雙尺度法，計(jì)算溢油海面的雷達(dá)后向散射系數(shù)和。本發(fā)明通過Marangoni波的色散關(guān)系和溢油抑制函數(shù)來(lái)求解溢油海面的方向譜；并采用雙尺度近似法來(lái)計(jì)算溢油海面的雷達(dá)后向散射系數(shù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，其適用范圍廣、計(jì)算準(zhǔn)確、運(yùn)算量小。
文檔編號(hào)G06F19/00GK102663233SQ20121007226
公開日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月16日
發(fā)明者凌霖, 奚彩萍, 張貞凱, 楊永紅, 林明 申請(qǐng)人:江蘇科技大學(xué)