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延时多普勒雷达高度计在不同海况时的回波仿真

史灵卫  刘和光  许可  杨双宝  徐曦煜  
【摘要】:雷达高度计能够测量卫星到海面高度、海面后向散射系数、海面有效波高参数,是一种重要的遥感器,在海洋遥感应用中起有重要作用。目前传统高度计已经能满足大部分海洋应用的需求,而且回波模型,算法研究,工程实现都已经比较成熟。但是在高时空分辨率方面,传统高度计有自身的不足,其空间分辨率较低,且质量和功耗较大。故而科学家提出一些新的高度计技术,延时多普勒雷达高度计(Delay Doppler Radar Altimeter,DDA)是采用合成孔径方法进行高度测量的一种新技术。其优点测量精度高,空间分辨率高,功耗低,易于小型化,特别适合海洋、海岸带和极冰的测量。高度计所测量海洋参数与其回波模型是分不开的,目前DDA的回波模型有两种:平面回波模型和球面回波模型,本文主要是对DDA的平面海面回波特性进行研究。在回波仿真中,用海浪谱来生成海面,文中用涌浪谱和风浪谱的叠加来合成海浪谱。海面是一种随机过程,可用波面高度概率密度分布函数和海面波高概率密度分布函数等随机变量来描述。在充分生长的海面下,无非线性影响时,波面高度概率密度分布函数是正态分布,对应的海面波高概率密度函数为Rayleigh分布。当存在非线性影响时,波面高度概率密度分布函数偏离正态分布,波高概率密度函数可为K分布或者Weibull分布。通过海面回波仿真信号和理想回波模型的比较得到:有效波高不同、波高分布函数不同情况下,仿真海面回波的上升沿与理想回波模型基本吻合,但是回波下降到差别比较大;在只有风浪谱的情况下,海面波高为K分布时回波更接近于理想回波模型。其原因是K分布是复合分布模型,具有时空二维特性。由于在近海附近风浪谱起主要作用,上面结果对海岸带的真实回波测量有一定指导意义,特别是在重心跟踪算法上,可以更精确地确定回波重心位置。随着有效波高增加,涌浪谱在回波中占主要作用,各种分布的回波与回波模型基本吻合。本文研究结果对DDA回波模拟器的研究也有一定指导意义。

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