(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202210873797.0 (22)申请日 2022.07.25 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114970213 A (43)申请公布日 2022.08.30 (73)专利权人 青岛国数信息科技有限公司 地址 266200 山东省青岛市 即墨市青岛蓝 色硅谷创业中心一期— —海创中心 (72)发明人 张浩　杨华　马丙燕　武淑敏　 陈玉杰　 (74)专利代理 机构 青岛锦佳专利代理事务所 (普通合伙) 37283 专利代理师 朱玉建 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/14(2006.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01)(56)对比文件 CN 105388465 A,2016.0 3.09 CN 112113545 A,2020.12.2 2 CN 101308519 A,20 08.11.19 US 20171390 38 A1,2017.0 5.18 Ming-bo Zhu等.Sea clut ter simulati on based on sea surface model and tw o-scale scattering model. 《IET I nternati onal Radar Conference 2013》 .2013,全 文. 李彦佐等.随机粗 糙海面的多路径海杂波频 谱数值模拟. 《微波学报》 .20 05,(第04期),全 文. 邵云生.孤子内波 模拟及其声场影响研究. 《声学与电子 工程》 .2015,(第04期),全 文. 李娟等.基 于变系数Gardner方程的海 洋内 波研究. 《微计算机信息》 .201 1,(第03期),全文. 吕伟艳等.弱流场调制下的海面 微波散射模 拟研究. 《海 洋科学》 .2008,(第07期),全 文. 审查员 王亚辉 (54)发明名称 一种孤子内波起伏效应下的海杂波动态模 拟方法 (57)摘要 本发明属于信号处理技术领域， 具体公开了 一种孤子内波起伏效应下的海杂波动态模拟方 法。 其包括如下步骤： 步骤1.利用线 性叠加法， 建 立大尺度海表面的动态海浪谱模型； 步骤2.以 MITgcm模式为核心模拟孤子内波， 建立孤子内波 传播模型； 步骤3.对动态海面的高频谱部分进行 调制， 以修正海面的毛细波； 步骤4.在海表面上 划分海面面元， 根据面元下是否存在孤子内波， 计算不存在孤子内波和被孤子内波调制的海表 面面元的海杂波电磁散射系数； 步骤5.将 海面电 磁散射系数值等参数代入海表 面回波信号公式， 计算各个海面面元的回波信号， 叠加生成各个时 刻的海杂波数据。 本发明提高了海杂波模拟的真 实性与精确度。 权利要求书2页 说明书6页 附图4页 CN 114970213 B 2022.10.11 CN 114970213 B 1.一种孤子内波起伏效应下的海杂波动态模拟方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤1. 用线性叠加法生成多个不同频率、 不同传播方向、 不同初始相位以及不同波高 的余弦波， 并结合海浪频率谱函数和方向拓展函数叠加形成海表面； 通过时间函数 联系各个时刻的海表面， 建立动态海浪谱 模型； 定义在时刻t= 0时， 开始第一个采样周期； 步骤2. 基于MIT gcm模式建立海洋内部动力过程 中孤子内波的生成及传播模型， 将孤 子内波的海洋内部动力过程作用于海表面， 考虑引起动态海浪谱 模型的变化； 步骤3. 通过孤子内波 的波‑流相互作用函数， 对步骤1中得到的动态海浪谱模型中的 高频谱部分进行调制， 得到修 正后的含有 孤子内波作用的海浪谱； 步骤4. 在修正后的海浪谱上划分多个海面面元， 通过双尺度方法计算海面上孤子内 波存在与不存在时， 每 个海面面元的海杂波电磁散射系数； 具体为： 如果某个海面面元下存在孤子内波， 则 计算调制后的该海面面元的海杂波电磁散射系 数； 如果某个海面面元下不存在孤子内波， 则计算未经调制的该海面面元 的海杂波电磁散 射系数； 以雷达探测海表面的照射范围的中心点作为原点， 建立海面参考坐标系， 根据雷达与 各个海面 面元之间的相对位置分别计算雷达与各海面 面元间的距离即斜距； 步骤5. 基于海表面回波信号公式， 输入经过步骤4得到的各个海面面元的海杂波电磁 散射系数和斜距参数， 得到当前时刻每 个海面面元的回波信号； 将当前时刻所有海面面元的回波信号相叠加， 得到当前时刻的整体的海表面回波信 号， 即当前时刻海表面的海杂波数据； 步骤6. 令t=t+1， 进入下一个采样周期； 重复上述 步骤2‑步骤5， 直到获得 预设数量的海杂波数据， 采样结束。 2.根据权利要求1所述的孤子内波起伏效应下的海杂波动态模拟方法， 其特 征在于， 所述步骤1具体为： 基于线性叠加法中的Longuest ‑Higgins海浪谱波高模型， 产生多个不同频率、 不同传 播方向、 不同初始相位以及不同波高的余弦波， 其波高方程描述 为： η(x,y,t)=  ΣM i=1ΣN j=1aijcos(wit‑ki[xcosθj+ysinθj+ εij])； 其中， η(x,y,t)表示 通过线性叠加法建立的波高方程， 用于计算 三维海浪谱浪高； M、 N分别表示频率分割数和方向分割数； aij、 wi、 ki、 θj、 εij分别表示第 i个频率、 第j个方 向的组成波的振幅、 角频率、 波数、 方向角和初始相位； (x,y)为海浪位置向量， t为时间矢量， εij为在0‑2 π 范围内均匀分布的随机数； 第i个频率、 第j个方向的组成波的振幅aij由海浪谱进行反演理论得到， 计算方法如下： aij= ； 其中， Δθj和Δwi分别表示θj和wi的增量； S(wi, θj)为海浪谱， 表示海浪在频率和方向上的分布； S(wi, θj)为第i个海浪频率谱 函数 S(wi)和第j个海浪方向拓展函数D( θj)的乘积， 即S(wi, θj)= S(wi) D( θj)； 海浪频率谱 函数S(wi)选用Elfouhail y谱， 由对应 大尺度重力波的低频部分以及对应小权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114970213 B 2尺度毛细波的高频部分组成， 即S(wi)=(BL+BH)/(wi2/g)3； 其中， BL和BH分别表示海浪频率谱的低频部分和高频部分； 海浪方向拓展函数D( θj)选用双边方向拓展函数进行计算； 将生成的海表面上任意一点(x,y,z)投影到基准水平面点(x,y)， 用波高方程η(x,z,t) 描述点(x,y)在t时刻的海表面高度z， 建立海表面的动态海浪谱 模型为z= η(x,y,t)。 3.根据权利要求1所述的孤子内波起伏效应下的海杂波动态模拟方法， 其特 征在于， 所述步骤3具体为： 孤子内波的波 ‑流相互作用， 对动态海浪谱 模型中的高频谱部分产生的调制量 为： ΔΨ=‑m3ω‑1k‑4η0(C0cos2φ/hll)  ▪sech2((I‑  C0＇ t)/ l)th((I‑  C0＇ t)/ l)； 其中， ΔΨ为受孤子内波影响海表面波高频谱的变化 值； ω为海谱空间角频率， ω2=gk， g为重力加速度， k为波数， m3为系数， m3=0.13， η0为孤子内 波的最大振幅， C0为线性波波速， φ表示雷达视角与孤子 内波传播方向的夹角， hl为海水上 层深度， l 为孤子内波半波宽度， C0＇ 为孤子内波相速度， I表示空间位置 。 4.根据权利要求3所述的孤子内波起伏效应下的海杂波动态模拟方法， 其特 征在于， 所述步骤4中， 双尺度方法计算海面 面元的海杂波电磁散射系数 σ0的公式如下： σ0 pq(k i＇ ,ks＇ )= π k4| ε‑1|2|Fpq|2Ψ(dl)； 其中，σ0 pq(k i＇ ,ks＇ )表示不同极化方式的各海面面元的电磁散射系数； k i＇ 表示入射波 矢量， ks＇ 表示散射波矢量； σ0 pq表示不同极化方式下的电磁散射系数； p=(H,  V)表示散射波 的极化方式， q表示入射波的极化方式， H表示水平极化， V表示垂直极化， ε为海水的介电常 数， Fpq为极化因子， Ψ(dl)是海表面的海浪谱高频谱部分； dl是散射矢量d=k(ks＇‑ k i＇ )在 海面面元上的投影； 当孤子内波存在时， 海浪谱Ψ(dl)的值由原先的海浪谱值Ψ原加上步骤3得到的海面高 频谱调制值， 即ΔΨ， 计算公式如下： Ψ(dl)= Ψ原+ΔΨ。 5.根据权利要求1所述的孤子内波起伏效应下的海杂波动态模拟方法， 其特 征在于， 所述步骤4中， 以雷达探测海表面的照射范围的中心点作为原点， 建立参考坐标系   OXYZ， 定义雷达所处位置为(xL,yL,zL)， 根据雷达与各个海面 面元的相对位置计算 斜距： R(t)=  ； 其中， (xp(t),y p(t),z p(t))表示任意海面面元的中心坐标， R(t)为在不同采样时刻时 雷达与任意海面 面元的中心坐标之间的距离即斜距。 6.根据权利要求1所述的孤子内波起伏效应下的海杂波动态模拟方法， 其特 征在于， 所述步骤5中， 海表面回波信号用以下公式计算： s(t＇ ,tm)= Σnσnan(tm)rect((t＇ ‑2Rn(tm)/c)/Tp)e