非线性海面微波散射Doppler谱特性及海洋波面反演研究

海洋微波散射Doppler谱特征在海面风、浪、流的遥感监测中具有广泛应用前景，回波Doppler谱特征及基于该特征的海洋波面反演算法研究不仅具有理论意义而且具有一定的应用价值。本课题基于粗糙面电磁散射高阶小斜率近似方法推导给出非线性海面微波散射场求解公式，并将所得结果同稀疏矩阵正则网格法(SMCG)数值计算结果相比较，验证其正确性；在此基础上，通过研究大尺度波浪对散射面元的调制及大尺度波浪轨道速度的影响，给出回波Doppler谱理论模型，与实测结果相比较，该模型估计所得谱中心频移及谱宽优于相关文献结果；结合高阶小斜率近似方法及层析成像技术获得非线性海面雷达径向各分辨单元散射场，利用所给Doppler谱模型提取分辨单元回波Doppler谱中心频移，借助非线性海面大尺度波浪轨道速度传递函数模型和IFFT变换，建立海洋波面反演算法，并研究微波频率、入射角度、海表流场等因素对波面反演精度的影响。

海洋微波散射Doppler谱特征在海面风、浪、流的遥感监测中具有广泛应用前景，回波Doppler谱特征及基于该特征的海洋波面反演算法研究不仅具有理论意义而且具有一定的应用价值。. 本课题基于粗糙面电磁散射物理光学法、高阶小斜率近似方法、微扰法及双尺度理论推导给出了线性和非线性海面微波散射场及其频谱特征；并建立了小入射角度、中等入射角度及掠射时的谱宽和频移的理论模型。在研究过程中，分别考虑了大尺度波浪对散射面元的流体力学调制、倾斜调制、大尺度波浪轨道速度传递函数、大尺度波浪产生的遮蔽效应和曲率修正效应等因素的影响，通过与实测结果相比较，该项目所建模型估计所得频谱中心频移及谱宽与实际测量结果较为符合。基于以上研究，本项目结合高阶小斜率近似方法及层析成像技术获得非线性海面雷达径向各分辨单元的散射场，利用所给Doppler谱模型提取各分辨单元回波Doppler谱中心频移，同时，借助非线性海面大尺度波浪轨道速度传递函数模型，建立了海洋波面的反演算法。在本项目研究过程中，我们应用相参雷达数据，并结合本项目所建立的反演算法对海面轮廓进行了重建，并将反演结果与浮标测量结果进行了比较，发现雷达空间分辨率对小尺度波浪的反演精度具有显著影响。. 本项目已按照前期计划开展研究，达到了预期研究目标。在本项目执行的三年期间，基于项目研究内容和所得结果在IEEE trans. Geosci. Remote Sens., Chin. Phys. Lett., Chinese Phys.及物理学报等国内外知名学术期刊上发表科研论文9篇，IEEE trans. Geosci. Remote Sens.和PIER上在审论文各1篇，目前成稿论文2篇。 另外，在该项目支持下，培养青年教师3名，博士研究生1名，硕士研究生3名。