基于随机粗糙海面模型的星载雷达高度计风速反演研究

摘要

风作为海洋学中的一个重要的参数,与海水的运动有直接的关系。20世纪90年代初,一系列的星载测风传感器的成功发射与运行,使得对于风速的研究有了更多更深的认识。本文的研究方向是对根据海谱所得出的随机粗糙海面来对风速进行研究。
　　文中首先利用随机粗糙面的统计参数,使用蒙特卡洛法建立二维和三维的随机粗糙面,用Matlab程序实现了二维和三维随机粗糙面的建模,其中三维的粗糙面的仿真使用海谱来对海面进行模拟仿真,以求得到更真实的、更接近实际的粗糙海面。
　　利用麦克斯韦旋度方程进行离散化得出时域有限差分FDTD方法的基本方程,并使用周期延拓的FDTD法对建立的PM谱随机粗糙面的散射参数进行了计算仿真,验证了该方法在求解粗糙面电磁散射问题中的可行性与有效性。
　　由于高度计指向角的偏差会造成后向散射系数和有效波高等海面参数的误差,且在实际反演海面风速的时候都需要使用这些海面参数,所以对指向角的偏差对后向散射系数、有效波高等高度计计算数据的影响进行了反演研究。
　　最后通过对各种已经提出的算法进行分析和比较,了解到对于海面风速的反演,不仅需要考虑与后向散射系数之间的关系,还需要将有效波高和指向角考虑进去,从而让海面风速的反演精度更高,并提出一种基于四层介质的、考虑波浪状态的风速反演算法。
　　本文对海面风速与后向散射系数和有效波高的关系有了比较系统的研究,为以后对海面风速的研究工作有一定的参考作用。

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1 绪论

1.1 研究的背景及意义

1.2 国内外研究发展现状

1.3 论文的结构安排

2 随机粗糙面的FDTD计算

2.1 随机粗糙面的生成

2.2 对随机粗糙面的电磁计算

2.3 本章小结

3 指向角偏差的影响

3.1 Haynes模型

3.2 指向角偏差对海面参数的影响仿真及仿真结果

3.3 仿真结果分析

3.4 本章小结

4 海面风速反演

4.1 高度计主要参数反演

4.2 海面风速的反演

4.3 一种考虑波浪状态的风速反演算法

4.4 本章小结

5 结语与展望

5.1 全文总结

5.2 后续工作展望

致谢

参考文献