论文部分内容阅读
随着海洋雷达遥感技术的发展，海面风速反演也得到了更为深入的研究，至今公开发表的风速反演算法已达数十种，但是并没有一个适用于各种海况的最佳模式函数，而且很少有模式函数是基于电磁理论的。本文基于随机粗糙海面电磁散射模型在海面风速反演研究中做出了一些尝试，具体内容为使用PM谱构建随机粗糙海面，通过时域有限差分方法（Finite Difference Time Domain，FDTD）进行电磁计算得到随机粗糙海面的雷达后向散射系数（Normalized Radar BackscattingCross-section，NRCS），并使用所得后向散射系数进行海面风速反演。首先，总结了卫星高度计海面风速反演和随机粗糙面电磁散射的研究进展，论证了本文研究的可行性和研究意义。其次，详细介绍了FDTD方法的基本原理，其直接从麦克斯韦方程组旋度形式出发使用二阶中心差分进行离散，对各电场分量和磁场分量在空间和时间上采取交替抽样，随着时间逐步推进更新各场值以求解电磁数值计算问题。分析了在FDTD方法使用过程中需要注意的问题，如基本迭代式的推导及应用方式、引入电通量密度代替表示电场分量、算法的稳定性、数值色散问题等。然后，对FDTD方法进行了验证。使用经典的谱FFT方法建立高斯随机介质粗糙面，然后采用FDTD方法对其进行电磁散射计算，通过Matlab编程仿真得到后向散射系数，并与同类研究进行对比验证FDTD方法在随机粗糙面电磁散射问题中的可行性与有效性。最后，将FDTD方法应用于海面风速反演。为了得到更接近实际的粗糙海面，使用PM海谱来对海面进行建模，并使用FDTD方法对建立的粗糙海面的后向散射参数进行了计算仿真，并由上述后向散射参数反演出海面风速。本文由FDTD方法反演海面风速与现有海面风速反演模式函数比较分析可得，本文结果大致与经验模式函数一致趋势在7－10m/s风速区域吻合较好，但由于只单纯以后向散射系数作为反演依据在低风速和高风速区域出现较大误差有待提高。本文基于随机粗糙海面电磁散射模型对卫星雷达高度计风速反演进行研究，对今后海面风速反演算法的研究具有一定参考价值。