[发明专利]一种近岸非线性正弦型波浪微波散射特性分析方法

说明书

本发明属于海洋散射回波分析技术领域，公开了一种近岸非线性正弦型波浪微波散射特性分析方法，首先采用简单而又不失代表性的正弦函数，基于流体动力学Boussinesq模型对近岸环境非线性海浪进行建模；运用解析渐进模型‑二阶小斜率近似方法对近岸非线性正弦型海浪的散射系数进行计算，最后对不同近岸环境水深变化情况下的海浪散射系数进行分析。本发明对传统线性海浪建模理论无法仿真的近岸水深变化情况下的非线性海浪进行有效地评估和分析，比已有的针对常规线性海浪理论建模进行的恒定水深情况下的相关研究更加符合实际近岸海浪散射机理分析的需求。本发明相对于现有的线性海浪建模，更加符合实际近岸海洋环境。

技术领域

本发明属于海洋散射回波分析技术领域，尤其涉及一种近岸非线性正弦型波浪微波散射特性分析方法。

背景技术

目前，最接近的现有技术：雷达发射的电磁波与海洋表面相互作用下的散射回波能够反映出海洋环境中的多种水文信息，能够有效应用于海洋风速和水深反演，海谱的提取等多个领域。除此以外，在复杂的海洋环境中，散射回波还携带了海洋表面及其上目标的电磁散射特征，通过数据处理，能够有效反演出海情、目标大小、运动状态等丰富的信息，在海洋环境遥感，海上目标识别等领域有着广泛的应用前景，是目前的热点研究方向。目前现有的一些方案采用在深海线性建模基础上添加非线性扰动近似项来仿真非线性海浪特征，但都是对非线性海浪的简化近似描述，并非基于准确的近岸浅水流体力学理论推导计算得出，而且大多没有考虑近岸水深逐渐变化因素对波浪的影响，因而无法准确描述近岸水深变化情况下的海浪非线性特征。利用近岸浅水非线性Boussinesq方程模型对近岸不同水深变化环境下的非线性海浪建模并进行回波散射特性分析，本发明还是首次提出。

在研究复杂海洋环境电磁散射问题时，海浪建模往往采用对以海谱函数为核心的核函数进行傅里叶逆变换得到海浪的高度坐标。首先，由于并未从流体动力学理论出发建模，因而这种方法建模得到的海浪并非为符合实际情况的非线性海浪，无法准确刻画波浪在运动过程中涉及到的波浪之间的非线性相互作用带来的影响，因而对于海浪形态的非线性细节刻画是有所缺失的。其次，近岸环境水深不断变化，会进一步增强波浪的非线性特征。而上述传统方法往往没有考虑水深逐渐变化对海浪的影响，进而不符合实际近岸环境海浪特点。因此，在此基础上进行的电磁散射建模也往往不能准确反映海浪的散射特征，进而会导致相应的海杂波特性失真，无法有效地服务于海洋遥感、目标识别等具体应用场合。

综上所述，现有技术存在的问题是：现有海浪建模方法建模得到的海浪是线性的海浪或者简化近似的非线性海浪，无法准确刻画波浪在近岸浅水环境运动过程中涉及到的波浪之间的非线性相互作用带来的影响，不能准确反映近岸水深逐渐变化情况下海浪的散射特征。

解决上述技术问题的难度：要得到相对准确的海浪建模，就要解决传统线性海浪建模理论对近岸海浪非线性特性描述的缺失。因而需要从流体力学理论出发，考虑海浪的非线性特征以及近岸水深变化对非线性特征的增强效应。需要运用流体力学理论中的Boussinesq方程模型对近岸水深变化环境中的波浪运动进行表征。Boussinesq方程是一个非线性偏微分方程，求解难度较大。

解决上述技术问题的意义：基于流体力学理论中的Boussinesq方程模型对近岸浅水环境中的波浪运动进行准确仿真，从根本上解决了现有的传统海浪模拟方法无法有效考虑近岸不同水深变化情况下波浪非线性特征的问题，使得海浪的模拟效果与实际近岸浅水波浪趋于一致，对近岸非线性海浪散射特性的准确分析奠定了坚实基础。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种近岸非线性正弦型波浪微波散射特性分析方法。

本发明是这样实现的，一种近岸非线性正弦型波浪微波散射特性分析方法，所述近岸非线性正弦型波浪微波散射特性分析方法包括以下步骤：

第一步，基于流体动力学Boussinesq模型对近岸环境非线性正弦型海浪进行建模，避免了传统的线性海浪建模理论中非线性特征建模机理的缺失，能够对近岸处海浪强烈的非线性效应进行合理考虑；