一种用于反演表面波导的海杂波功率计算方法和装置与流程

本申请涉及信息与通信
技术领域：
，更具体的说是涉及一种用于反演表面波导的海杂波功率计算方法和装置。
背景技术：
：对流层波导对无线通信以及雷达系统有很大影响，如降低无线电系统的性能；导致雷达探测失败等。而高湿地区更是对流层波导的高发区域，如，海面上的对流层波导。海面上的对流层波导包括：蒸发波导、表面波导和悬空波导。其中，表面波导既可能发生在海洋环境中，也可能发生在陆地环境中。同时，研究发现表面波导的世界平均发生概率约为15％，而波斯湾的表面波导发生概率高达50％。因此，探测海面上的表面波导具有重要意义。目前，利用雷达海杂波反演表面波导等对流层波导(RFC，refractivityfromclutter)是当前国内外研究热点。RFC是通过建立电波传播抛物方程模型，计算得到不同修正折射率条件下的雷达海杂波功率，将其与实际接收到的雷达海杂波功率进行拟合，最终输出满足要求的表面波导修正折射率剖面。然而基于RFC反演表面波导的过程中，雷达海杂波功率的计算结果会受到雷达参数、环境参数等多种因素影响，从而使得计算出的雷达海杂波功率存在偏差，进而影响到表面波导修正折射率剖面的准确性。技术实现要素：有鉴于此，本申请提供了一种用于反演表面波导的海杂波功率计算方法和装置，以降低海杂波理论计算值所存在的偏差，进而提高确定出的表面波导修正折射率剖面的准确性。为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：一种用于反演表面波导的海杂波功率计算方法，包括：获取雷达发射参数以及待分析海杂波传播路径上的海杂波信息，其中，所述海杂波信息至少包括所述海杂波的传播距离以及海杂波传播方式信息；当根据所述海杂波传播方式信息确定所述海杂波为经表面波导传播的海杂波时，从预置的海杂波功率计算模型集合中，确定出用于计算在所述传播距离处的海杂波功率的目标计算模型；根据所述雷达发射参数以及所述海杂波信息，并采用所述目标计算模型，计算所述海杂波在所述传播距离处的海杂波功率。优选的，所述从预置的海杂波功率计算模型集合中，确定出用于计算在所述传播距离处的海杂波功率的目标计算模型，包括：当所述传播距离小于预设距离时，将所述海杂波功率计算模型集合中的第一计算模型作为所述目标计算模型；当所述传播距离大于或等于所述预设距离时，将所述海杂波功率计算模型集合中的第二计算模型作为所述目标计算模型；其中，所述第一计算模型与所述第二计算模型不同；第一计算模型中假设掠射角随所述传播距离的变化对所述归一化雷达散射截面无影响，将所述将归一化雷达散射截面设置为预设常数。优选的，所述海杂波信息中还包括：所述海杂波在所述传播距离处的海杂波高度；所述雷达发射信息包括：雷达系统的天线高度；则在所述从预置的海杂波功率计算模型集合中，确定出用于计算在所述传播距离处的海杂波功率的目标计算模型之前，还包括：计算雷达系统的天线高度与所述海杂波高度之间的比值；则所述从预置的海杂波功率计算模型集合中，确定出用于计算在所述传播距离处的海杂波功率的目标计算模型，包括：根据所述比值与预设阈值的差值，从预置的海杂波计算模型集合中，匹配出与所述比值对应的，且用于计算在所述传播距离处的海杂波功率的目标计算模型。优选的，所述根据所述比值与所述阈值的差值，从预置的海杂波功率计算模型集合中，匹配出与所述比值对应的，且用于计算在所述传播距离处的海杂波功率的目标计算模型，包括：当所述比值小于所述预设阈值，且所述传播距离小于预设距离时，则将所述海杂波功率计算模型集合中的第一计算模型作为所述目标计算模型；当所述比值小于所述预设阈值，且所述传播距离大于所述预设距离时，则将所述海杂波功率计算模型集合中的第二计算模型作为所述目标计算模型；当所述比值大于所述预设阈值时，则将所述第一计算模型作为所述目标计算模型；其中，所述第一计算模型与所述第二计算模型不同；第一计算模型中假设掠射角随所述传播距离的变化对所述归一化雷达散射截面无影响，将所述归一化雷达散射截面设置为预设常数。另一方面，本申请还提供了一种用于反演表面波导的海杂波功率计算装置，包括：数据获取单元，用于获取雷达发射参数以及待分析海杂波传播路径上的海杂波信息，其中，所述海杂波信息至少包括所述海杂波的传播距离以及海杂波传播方式信息；模型选取单元，用于当根据所述海杂波传播方式信息确定所述海杂波为经表面波导传播的海杂波时，从预置的海杂波功率计算模型集合中，确定出用于计算在所述传播距离处的海杂波功率的目标计算模型；计算单元，用于根据所述雷达发射参数以及所述海杂波信息，并采用所述目标计算模型，计算所述海杂波在所述传播距离处的海杂波功率。优选的，所述模型选取单元包括：第一模型选取单元，用于当所述传播距离小于预设距离时，将所述海杂波功率计算模型集合中的第一计算模型作为所述目标计算模型；第二模型选取单元，用于当所述传播距离大于或等于所述预设距离时，将所述海杂波功率计算模型集合中的第二计算模型作为所述目标计算模型，其中，所述第一计算模型与所述第二计算模型不同；第一计算模型中假设掠 射角随所述传播距离的变化对所述归一化雷达散射截面无影响，将所述将归一化雷达散射截面设置为预设常数。优选的，所述数据获取单元获取到的海杂波信息中还包括：所述海杂波在所述传播距离处的海杂波高度；所述雷达发射信息包括：雷达系统的天线高度；则，所述装置还包括：比值计算单元，用于在所述模型选取单元确定出用于计算在所述传播距离处的海杂波功率的目标计算模型之前，计算雷达系统的天线高度与所述海杂波高度之间的比值；则模型选取单元，包括：第三模型选取单元，用于根据所述比值与预设阈值的差值，从预置的海杂波计算模型集合中，匹配出与所述比值对应的，且用于计算在所述传播距离处的海杂波功率的目标计算模型。优选的，所述第三模型选取单元，包括：第一选取子单元，用于当所述比值小于所述预设阈值，且所述传播距离小于预设距离时，则将所述海杂波功率计算模型集合中的第一计算模型作为所述目标计算模型；第二选取子单元，用于当所述比值小于所述预设阈值，且所述传播距离大于所述预设距离时，则将所述海杂波功率计算模型集合中的第二计算模型作为所述目标计算模型；第三选取子单元，用于当所述比值大于所述预设阈值时，则将所述第一计算模型作为所述目标计算模型；其中，第一计算模型中将归一化雷达散射截面设置为预设常数，且不计入掠射角随所述传播距离的变化。经由上述的技术方案可知，当确定出该海杂波为经表面传播的海杂波时，根据海杂波的传播距离，来选取计算海杂波在该传播距离处的目标计算模型，从而选取掠射角等因素对该传播距离处的海杂波功率计算值影响最小的计算模型，有利于降低海杂波功率理论计算值所存在的偏差，进而有利于提高该海杂波功率计算该传播距离处的海杂波功率的目标计算模型，从而可以提高确定出的表面波导修正折射率剖面的准确性。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1示出了本申请一种用于反演表面波导的海杂波功率计算方法一个实施例的流程示意图；图2示出了本申请另一种用于反演表面波导的海杂波功率计算方法另一个实施例的流程示意图；图3示出了10不同水平非均匀条件下，海杂波高度h1随传播距离的变化示意图；图4a至4d分别示出了本申请在四种不同频率、天线高度和大气修正折射率M水平非均匀特性条件下，掠射角随传播距离变化的仿真结果示意图；图5a示出了本申请在频率为10GHZ时，不同天线高度条件下改变M水平非均匀特性所得传播路径上掠射角平均值的分布示意图；图5b示出了在天线高度ht＝80m时，不同频率条件下M水平非均匀特性对的影响示意图；图6示出了在M的7个初值条件下海杂波高度h1沿水平方向的分布；图7a示出了本申请实施例中修正折射率沿传播路径的一种分布示意图；图7b示出了本申请实施例中实测海杂波功率沿传播路径的一种分析示意图；图8示出了反演过程中每次反演的海杂波功率平均误差统计结果；图9示出了本申请一种用于反演表面波导的海杂波功率计算装置一个实施例的结构示意图。具体实施方式本申请实施例提供了一种用于反演表面波导的海杂波功率计算方法和装置，以提到计算出的雷达海杂波功率的理论值的偏差，进而提高确定出的表面波导修正折射率剖面的准确性。下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。参见图1，其示出了本申请一种用于反演表面波导的海杂波功率计算方法一个实施例的流程示意图，本实施例的方法可以包括：101，获取雷达发射参数以及待分析海杂波传播路径上的海杂波信息。该雷达发射参数是与发射该海杂波的雷达系统相关的参数，如该雷达发射参数可以包括发射天线增益、雷达系统总功耗等等。其中，海杂波信息为与该传播路径上反射回来的海杂波相关的参数信息。该海杂波信息中至少包括海杂波的传播距离以及海杂波传播方式信息。该海杂波的传播距离为海面上反射该海杂波的位置点距离该发射天线的距离。该海杂波的传播方式信息表明该海杂波是经表面波导传播还是经蒸发波导传播。获取该传播方式信息的方式可以与现有方式相同，如该传播方式信息可以通过接收反射回的海杂波所用的信道来确定。当然，为了能够计算海杂波功率，该海杂波信息还可以包括现有技术中用于计算海杂波功率所需的其他参数信息，如海杂波频率等。可以理解的是，雷达系统发射海杂波后，可以选取出待分析海杂波传播路径，并对传播路径上反射回来的海杂波进行分析，而该海杂波传播路径上反射回来海杂波可以包含多个位置点反射回来的海杂波，也就是说该传播路径上会存在多个传播距离所对应的海杂波。但是，对于该传播路径上任意一处传播距离处的海杂波，均可以采用本实施例的方法计算其功率。102，当根据该海杂波传播方式信息确定该海杂波为经表面波导传播的海杂波时，从预置的海杂波功率计算模型集合中，确定出用于计算在该传播距离处的海杂波功率的目标计算模型。其中，该预置的海杂波功率计算模型集合中包含有多个用于计算经表面传播的海杂波功率的计算模型，且不同的计算模型所适用的传播距离不同。当确定出该海杂波传播方式为经表面波导传播的海杂波时，则从预置的用于计算表面波导的计算模型集合中，基于该海杂波的传播距离，确定用于计算该传播距离处所对应的海杂波功率所可以采用的计算模型。其中，在该海波传播路径上反射回来的海杂波的传播距离不同，则所确定的计算模型有可能不同。其中，为了便于区分，将确定出的海杂波功率计算模型称为目标计算模型。103，根据该雷达发射参数以及海杂波信息，并采用该目标计算模型，计算海杂波在所述传播距离处的海杂波功率。确定出目标计算模型后，基于雷达发射参数以及海杂波信息便可以计算该传播距离处的海杂波功率。本申请的发明人通过对反演表面波导中，计算雷达海杂波功率的过程进行研究的过程中发现：海杂波功率的计算会与归一化雷达散射截面有关。其中，归一化雷达散射截面具有随着传播距离变化的特性，且其受到海杂波的频率和掠射角，以及风速、大气修正折射率等环境参数等多种因素影响，但其中掠射角对归一化雷达散射截面的影响最大。然而目前现有计算海杂波功率过程中，为了简化计算会忽略该掠射角随海杂波传播距离变化的特性，从而忽略对掠射角对归一化雷达散射截面的影响，将该归一化雷达散射截面视为常数，导致计算出的海杂波功率存在较大偏差。基于对现有计算海杂波功率的分析，并结合本申请的发明人通过对不同频率、天线高度、大气修正折射率等条件下海杂波功率的研究得出结论：当海杂波的传播距离不同时，掠射角等对归一化雷达散射截面以及传播因子的影响不同。也就是说，海杂波的传播距离不同时，掠射角对海杂波功率理论计算值的影响程度也会有所不同。因此，发明人基于研究结果，确定出计算海杂波功率时，根据海杂波传播距离选取适合计算该传播距离处的海杂波功率的计算模型，以降低计算出的海杂波理论计算值所存在的偏差。可见，在本申请实施例，当确定出该海杂波为经表面传播的海杂波时，根据海杂波的传播距离，来选取计算海杂波在该传播距离处的目标计算模型， 从而选取掠射角等因素对该传播距离处的海杂波功率计算值的影响最小的计算模型，有利于降低海杂波功率理论计算值所存在的偏差，进而有利于提高该海杂波功率计算该传播距离处的海杂波功率的目标计算模型，从而可以提高确定出的表面波导修正折射率剖面的准确性。需要说明的是，本申请实施例RFC反演的目标函数不同，该目标函数所涉及到的海杂波功率计算模型也就不相同。本申请实施例中，该海杂波功率计算模型集合中包含了目标函数下的海杂波功率计算模型。发明人对雷达海杂波反演表面波导的进一步研究发现：计算海杂波功率的过程中如果考虑归一化雷达散射截面随着传播距离的变化，那么在计算过程中就需要考虑到以上多种因素对该归一化雷达散射截面的影响，而掠射角对归一化雷达散射截面的影响较大，且掠射角的计算过程又尤为复杂。同时，掠射角也会影响到计算海杂波功率过程中传播因子。因此，如果计算该海杂波传播路径上的所有海杂波功率均需要考虑到掠射角则会导致计算过程复杂。而发明人经研究得出结论：在海杂波传播距离小于一定距离时，掠射角对海杂波功率的计算影响较小，可以不计入该掠射角的影响，将归一化雷达散射截面参数设为常数；相应的，在海杂波传播距离大于该一定距离时，则需要不可以忽略该掠射角的影响。具体的，当海杂波的传播距离小于预设距离时，将海杂波功率计算模型集合中的第一计算模型作为目标计算模型；当该传播距离大于或等于该预设距离时，将所述海杂波功率计算模型集合中的第二计算模型作为该目标计算模型；其中，第一计算模型与所述第二计算模型不同；第一计算模型中将归一化雷达散射截面设置为预设常数，且不计入掠射角随所述传播距离的变化。该第一计算模型可以为现有的任意适用于归一化雷达散射截面为常数，且忽略掠射角影响的海杂波功率的计算模型。可选的，考虑到其他影响海杂波功率计算的参数，本申请还提供了一种用于反演表面波导的海杂波功率计算方法另一个实施例的流程示意图，参见图2，该实施例的方法包括：201，获取雷达发射参数以及待分析海杂波传播路径上的海杂波信息。其中，该雷达发射参数是与发射该海杂波的雷达系统相关的参数，该雷达发射参数至少包括雷达系统的天线高度。该海杂波信息中至少包括海杂波的传播距离、海杂波传播方式信息以及海杂波。202，当根据该海杂波传播方式信息确定该海杂波为经表面波导传播的海杂波时，计算雷达系统的天线高度与该传播距离处的海杂波高度之间的比值。203，根据该比值与预设阈值的差值，从预置的海杂波计算模型集合中，匹配出与该比值对应的，且用于计算在该传播距离处的海杂波功率的目标计算模型。204，根据该雷达发射参数以及海杂波信息，并采用该目标计算模型，计算海杂波在所述传播距离处的海杂波功率。经发明人研究发现：除了海杂波的传播距离外，在该传播距离处该海杂波高度与天线高度之间的比值的大小不同时，对掠射角以及该归一化雷达散射截面的影响也会有所不同，因此，当传播距离相同，但是在该传播距离处该海杂波高度与天线高度之间的比值不同时，适用于计算该传播距离处的海杂波功率的计算模型也可能会有所不同。其中，该海杂波功率计算模型集合中包含有多个对应不同传播距离以及该比值的计算模型，根据当前计算出的比值以及该传播距离便可以匹配出目标计算模型。在本申请实施例综合考虑了在该传播距离处海杂波高度与天线高度的比值以及传播距离对海杂波计算功率的影响，并基于该比值和该传播距离来确定适合的目标计算模型，从而降低计算出海杂波功率的偏差。可选的，基于进一步的研究结果：当该海杂波高度相对于该天线高度的较大时，则对掠射角的影响不可以忽略，还可以进一步根据该传播距离的远近来确定目标计算模型；而当该海杂波高度相对于天线高度较小时，则对掠 射角的影响可以忽略，进而可以采用不计入掠射角的计算模型来计算该传播距离处的海杂波功率。具体的可以为：当该天线高度与该传播距离处的海杂波高度的比值小于预设阈值，且所述传播距离小于预设距离时，则将该海杂波功率计算模型集合中的第一计算模型作为该目标计算模型；当该比值小于所述预设阈值，且该传播距离大于所述预设距离时，则将所述海杂波功率计算模型集合中的第二计算模型作为所述目标计算模型；当该比值大于所述预设阈值时，则将所述第一计算模型作为所述目标计算模型。其中，第一计算模型与所述第二计算模型不同；第一计算模型中将归一化雷达散射截面设置为预设常数，且不计入掠射角随所述传播距离的变化。本实施例中该第一计算模型和第二计算模型可以分别与前面介绍的该第一计算模型以及第二计算模型相同。可以理解的是，在以上任意一个实施例中，该第一计算模型可以为现有的任意适用于将归一化雷达散射截面设为常数的计算模型，在该计算模型中忽略掠射角对归一化雷达散射截面以及海杂波功率计算的。而该第二计算模型也可以为现有技术中考虑掠射角对归一化雷达散射截面以及海杂波功率计算结果的影响的计算公式。可选的，该第一计算模型可以包括：在传播距离r处的海杂波功率Pc(r)的理论计算公式一：Pc(r)=Pc′(dB)+(P‾obs(dB)-P‾c′(dB));]]>(公式一)其中，Pc′(dB)=10log[PtG2λ2F4(r)(4πr)3Ls(θBcτ2srcθ)]]]>其中，为在该海杂波传播路径上所有海杂波的实测功率的均值，为所述海杂波传播路径上所有Pc′(dB)理论计算值的均值；Pt为发射所述海杂波的雷达发射功率，G为发射所述海杂波的雷达系统的天线增益，λ为雷达频率对应的波长，Ls为该雷达系统的总损耗，θB为该雷达系统中天线3dB波束宽度，τ为该雷达系统发射的脉冲宽度；F(r)为在该传播距离r处的传播 因子；c为自由空间光速，取为3×108m/s；θ为所述海杂波在所述传播距离r处对应的掠射角，且secθ取值为1。可见，在该第一计算模型中将该归一化雷达散射截面视为常数，没有计入掠射角随着传播距离变化的特性对该归一化雷达散射截面的影响。因此吗，在该第一计算模型中包含的海杂波功率计算公式中并没有包含该归一化雷达散射截面这个参数，而该归一化雷达散射截面的具体取值可以有多种，可以根据实际需要进行设定。可选的，在本申请以上任意一个实施例中，该第二计算模型可以包括：在传播距离r处的海杂波功率Pc(r)的理论计算公式二：Pc(r)=PtG2λ2F4(r)(4πr)3Ls(σ0θBcτ2secθ)]]>(公式二)其中，Pt为发射该海杂波的雷达发射功率，G为发射该海杂波的雷达系统的天线增益，λ为雷达频率对应的波长，Ls为所述雷达系统的总损耗，θB为所述雷达系统中天线3dB波束宽度，τ为雷达发射的脉冲宽度；F(r)为在所述传播距离r处的传播因子；c为自由空间光速，取为3×108m/s；θ为所述海杂波在该传播距离r处对应的掠射角，且由于海表面掠射角均小于1°，则secθ取值为1；其中，该传播距离r处的掠射角θ为采用曲面波谱的谱功率估计法，并基于优化方法对谱功率进行优化得到谱功率最大时所对应的角度。其中，σ0为该传播距离r处的归一化雷达散射截面，其计算公式为：σ0=σ0,GIT(r,θ)F4std(r′);]]>(公式三)其中，σ0,GIT(r,θ)为根据在该传播距离r处对应的掠射角以及该传播距离，并利用乔治亚洲学院(GIT，GeorgiaInstituteofTechnology)模型计算得到的海表面归一化散射截面；F4std(r′)是在标准大气条件下相同掠射角θ对应距离r′上计算得到的双程传播因子；其中，ae为等效地球半径，ht为发射天线海拔高度。由以上计算海杂波功率的计算公式二以及相关公式，可以将该公式三代入到公式二中，将公式二简化为如下公式：Pc(r)=PtG2λ2F4(r)(4πr)3Ls(σ0,GIT(r,θ)Fstd4(r′)θBcτ2)]]>(公式四)由此可见，在该公式中，只有σ0,GIT(r,θ)和与掠射角相关外，其它参数均为已知的参数，因此，基于该公式三可以分析在传播距离、天线高度、海杂波高度等不同时，掠射角对该海杂波功率的影响，具体可以参见后续推理不同参数情况下，掠射角对海杂波功率的理论推导以及仿真介绍。由第一计算模型以及该第二计算模型中的公式可知，在这两个计算模型中c为自由空间光速，取为3×108m/s是已知，雷达发射功率Pt，天线增益G，雷达系统的总损耗Ls，雷达系统中天线3dB波束宽度θB，雷达系统发射的脉冲宽度τ等都为雷达相关的已经参数，可以从雷达发射参数中确定。而对于这其中涉及到的掠射角、σ0,GIT(r,θ)以及该传播距离r处的传播因子F(r)的计算方式则可以采用现有任意确定这三个参数的方式。如，基于现有的该曲面波谱的谱功率估计方法确定掠射角，为了便于理解，下面对基于曲面波谱的谱功率估计进行简单介绍：应用曲面波谱时，若同时考虑入射波和反射波，谱功率BCWS(θ)的计算公式如公式五：BCWS(θ)=Σl=1Nrwlul(e-jφl(θ)+Γ(θ)ejφl(θ))]]>(公式五)在公式四中φl(θ)为海拔高度zl处的相位差，其计算公式如公式流：φl(θ)=∫zlzlkv(z,θ)dz;]]>(公式六)其中，kv(z,θ)=ωcm2(z)-m2(z1)cos2(θ),]]>ω为该雷达频率对应的角频率，c为电波在真空中的传播速度；m(z)为等效海表面高度z处大气修正折射指数；m(z1)为等效海表面高度z1处大气修正折射指数；zl＝lΔz(l＝1,2"Nr)，Δz为采样间隔，且Nr取满足kv(z,θ)≥0时的最大值，且Nr小于θBW为零点到零点的波束宽度；其中αmax是有效的抛物方程对全场近似的锥形角最大值。谱估计法的原理是利用二维空间中的场分布，求得整个海杂波传播路径上每个位置处的谱功率，利用优化方法搜索得到的每个传播距离处谱功率最大时所对应的角度即为该位置处的掠射角。对于某一个传播距离所对应的位置点而言，谱功率是由该位置处整个空间海杂高度上的功率与θ决定的，通过对θ在一定范围内进行优化，而确定出谱功率最大时所对应的θ。当然，具体优化过程与现有对谱功率进行优化的过程相似，在此不再赘述。而对于该第二计算模型中的σ0,GIT(r,θ)直接根据GIT模型便可以确定出来，为了便于理解也对GIT模型进行简单介绍，如下分别给出在水平极化和垂直极化条件下对应的σ0h,GIT和σ0v,GIT的计算公式：其中，定义以下参量：a=(14.4λ+5.5θ)havλ]]>(公式七)q=1.1(λ+0.02)0.4]]>(公式八)其中，λ和θ与前面参数含义相同，λ为雷达频率对应的波长，θ为掠射角。其中，hav为平均浪高(单位：m)，其计算公式为：νw为风速(单位：m/s)。Ga=a4a4+1]]>(公式九)GM＝exp{0.2(1-2.8θ)(λ+0.015)-0.4cosψ}(公式十)Gw=(1.94vw1+vw/15.4)q]]>(公式十一)其中ψ为天线观测方向和风速的夹角(单位：弧度)。则σ0h,GIT＝10log(3.9×10-6λθ0.4GaGMGw)(公式十二)σ0v,GIT=σ0h,GIT-1.73ln(hav+0.015)+3.76ln(λ)+2.46ln(θ+0.0001)+22.21GHz≤f<3GHzσ0h,GIT-1.05ln(hav+0.015)+1.09ln(λ)+1.27ln(θ+0.0001)+9.703GHz≤f≤10GHz]]>(公式十三)另外，对于第一计算模型以及第二计算模型中的传播因子F(r)可根据天线高度ht、天线3dB波束宽度θB、天线仰角、天线方向图函数等和大气修正 折射率参数M，应用抛物方程法计算得到。限于篇幅限制，在此不再赘述抛物方程法的具体公式。为了能够更加直观的理解到本申请的有益效果，并证明本申请的方法成立的理论基础，该推导过程以计入掠射角随传播距离的变化的特性的计算公式来推导，为了便于介绍，下面的推导基于本申请中第二计算模型为公式二为例，来介绍发明人确定出的不同传播距离，天线高度以及海杂波高度对掠射角的影响，以及在该不同传播距离，天线高度以及海杂波高度下，掠射角对海杂波功率的影响。而由于该公式二可以简化为公式三，则计算海杂波功率可以直接引用公式三。(一)、下面对不同参数取值对掠射角的影响进行推导：1、大气修正折射率M水平非均匀特性对掠射角灵敏度影响①、基于如下表1中的雷达环境参数，探讨M水平非均匀特性对掠射角影响。表1其中，表面波导在传播距离为0千米处的垂直剖面参数取为：表面波导基础层高度h1＝50m，表面波导陷获层顶高h2＝100m,表面波导陷获层逆差Md＝20M,表面波导基础层斜率m1＝0.135。将上面的这四个值视为水平非均匀模型的初值。应用马尔科夫链，可得到如图3中所示的10个h1水平非均匀样本，将其作为M沿水平方向上的分布。 由此，可得到传播路径上每个位置处表面波导大气修正折射率的垂直剖面，即获得M的10个海拨高度—传播路径二维空间分布。尽管在此水平非均匀模型下开展仿真，且表面波导高度较低利于计算，但研究过程中根据表面波导分布按比例设置发射天线高度。所以所得结论不失一般性，可以扩展至任意高度范围分布表面波导逆变层底高、任意天线高度的情况。②、计算θ其中，需要说明的是，表1中的频率f是指雷达发射频率，为了将该雷达发射频率均简称为频率。基于公式五中谱功率BCWS(θ)的计算公式，分别计算表1中所有天线高度、频率和①中每个M组合条件下，掠射角θ沿海杂波传播路径的分布。基于以上的分析以及θ计算结果，图4a至图4d给出了不同频率、天线高度和M水平非均匀特性条件下，θ随传播距离变化的仿真结果示意图。其中，图4a至图4d的四张图分别对应天线高度与海杂波高度的比值ht/h1取0.7、1、1.6和2，频率分别为3GHZ、5GHZ、7GHZ和10GHZ时的仿真结果，且10条曲线均代表每个M水平非均匀特性条件下计算得到的掠射角。例如，图4a为ht/h1取0.7，且频率为3GHZ的仿真结果图。③计算由②中的计算结果，求整个传播路径上的掠射角的均值基于以上分析以及的计算结果，可以得出相应的仿真结果，如图5a和图5b。其中，图5(a)给出了f＝10GHz时，不同天线高度条件下改变M水平非均匀特性所得的分布。图中横坐标分别表示不同天线高度与h1初值的比，纵坐标表示10个M水平非均匀特性的标号，颜色深浅表示掠射角均值的大小。图5(b)分别给出了天线高度ht＝80m时，不同频率条件下M水平非均匀特性对的影响。2、M初值对掠射角影响的研究思路基于表1中的雷达环境参数，探讨M初值对掠射角影响，具体如下：①M的二维空间分布按比例调整表面波导在x＝0km处垂直剖面的参数h1＝50m，分别变化其它参数h2＝100m，Md＝20M,m1＝0.135不变，且任取一个图3中的水平非均匀特性样本，可得到7个初值条件下h1沿水平方向的分布，见图6。由此，可得到每个水平位置处表面波导大气修正折射率的垂直剖面，即获得M的7个海拨高度—传播路径二维空间分布。尽管以此处的具体取值为例开展仿真，但研究过程中按比例调整表面波导逆变层底高大小。所以所得结论不失一般性，可以扩展至任意表面波导逆变层底高初值的情况。②计算θ由基于公式五中谱功率BCWS(θ)的计算公式计算表1中所有天线高度、海杂波频率和①中每个M组合条件下，计算θ沿路径的分布。③计算由②中的计算结果，求整个路径上的均值同样，M初值对掠射角影响的仿真，也是对不同频率，ht/h1分别取0.7、1、1.6和2，M初值变化时掠射角随传播距离的变化进行仿真。同时，基于频率f＝10GHz时，不同天线高度条件下改变M初值所得的分布进行仿真。同样，基于天线高度ht＝80m时，不同频率条件下M初值对的影响进行仿真。鉴于篇幅的限制，不一一罗列3、结果分析由图4a至图4d以及对M初值变化时掠射角随传播距离的变化的仿真，可以得出：f取值不同，其它参数取值相同条件下，θ随传播路径的变化趋势基本一致。因此，f对θ的影响较小。在传播距离较近位置处，如传播距离小于20Km时，M水平非均匀特性、初值和天线高度与海杂波高度的比值ht/h1对θ的影响可忽略；在传播距离较远位置处，如传播距离大于20Km，M水平非均匀特性和初值对θ的影响不可忽略，ht/h1对θ的影响与其取值有关。在传播距离较远位置处，如传播距离小于20Km，当ht/h1<2时，θ随传播路径变化而震荡，且路径上θ最大值和最小值间的差值与θ具有相同数量级，ht/h1对θ的影响不可忽略；ht/h1≥2时，该区间内曲线较为平稳，ht/h1对θ的影响可忽略。由图5a、图5b和基于频率f＝10GHz时，不同天线高度条件下改变M初值所得的分布进行仿真，以及基于天线高度ht＝80m时，不同频率条件下M初值对的影响进行仿真可以得出，随ht/h1比值增大而增大，受f的影响较小。(二)、下面研究表面波导条件下掠射角对海杂波功率的影响本节根据前面“对不同参数取值对掠射角的影响”部分中计算得到的掠射角，探讨掠射角对归一化雷达散射截面σ0和海杂波功率的影响。具体研究如下：1、掠射角对海杂波功率影响(1)M水平非均匀特性对海杂波功率的影响基于表1中的雷达环境参数，探讨M水平非均匀特性引入掠射角的变化对海杂波功率的影响。具体研究思路如下。①计算σ0计算表1中所有天线高度和频率组合条件下标准大气传播因子Fstd，并集合(一)中M不同水平非均匀特性条件下掠射角的计算结果，由公式(3)计算σ0。同时，对不同频率、天线高度时h1不同水平非均匀特性条件下的σ0进行仿真。②计算传播因子F基于(一)中生成的10个M水平非均匀特性，计算表1中所有天线高度和频率组合条件下的传播因子F。③计算假设σ0为常数时的海杂波功率基于②，由第一计算模型中的公式(1)计算传播路径上第i个传播距离对应的位置处，假设σ0为常数时的海杂波功率Pc,indp,i。④计算考虑掠射角时的海杂波功率基于①和②，由公式(4)计算传播路径上第i个位置处的的海杂波功率Pc,cws,i。计算Pc,indp,i和Pc,cws,i差值δ(单位：dB)和其沿传播路径的平均差值(单位：dB)，将其作为评价掠射角对海杂波功率的影响程度的标准。基于如上计算，对不同频率、天线高度时M不同水平非均匀特性条件下的δ进行仿真。同时，仿真不同频率、天线高度时M不同水平非均匀条件下的平均差值图。(2)M初值对海杂波功率的影响基于表1中的雷达环境参数，探讨M初值引入掠射角的变化对海杂波功率的影响。具体研究思路如下。①计算σ0计算表1中所有天线高度和频率组合条件下标准大气传播因子Fstd，并结合(一)中M不同初值条件下掠射角的计算结果，计算σ0。同时，对不同频率、天线高度时M不同初值条件下的σ0进行仿真，以得到相应的仿真图。②计算传播因子F③计算假设σ0为常数时的海杂波功率Pc,indp,i。④计算考虑掠射角时的海杂波功率基于①和②，由公式(4)计算传播路径上第i个位置处的海杂波功率Pc,cws,i。计算Pc,indp,i和Pc,cws,i差值δ和其沿传播路径的平均差值将其作为评价掠射角对海杂波功率的影响程度的标准。基于如上的计算，对不同频率、天线高度时M不同水平非均匀特性条件下的δ进行仿真。同时，仿真不同频率、天线高度时M不同水平非均匀条件下的平均差值图。需要说明的是，限于篇幅的限制，在本申请实施例中并没有附上对掠射角对海杂波功率过程中仿真得到仿真图，但是进行仿真得到仿真图是本领域技术人员所公知的。而基于如上(二)所涉及的计算以及仿真，可以得到如下结论：不同M水平非均匀特性和初值条件下，σ0随路径的变化趋势与θ随路径的变化趋势不完全一致，且当ht/h1<2时，f越大，震荡越剧烈，f和ht/h1对σ0的影响不可忽略。在传播距离较近位置处，如一般是传播距离小于20Km时，仿真图中该区间内线簇均较细，则表明M水平非均匀特性、初值和天线高度与海杂波高度的比值ht/h1对σ0和海杂波功率差值δ的影响可忽略；在传播距离较远位置处，如，一般以传播距离大于20Km认为距离较远，仿真图中线簇均较粗，M水平非均匀特性和初值对σ0和海杂波功率差值δ的影响不可忽略，ht/h1对σ0和海杂波功率差值δ的影响与其取值有关。在传播距离较远位置处，如传播距离大于20km，且当ht/h1<2时，δ和σ0随传播路径变化而震荡，ht/h1对δ和σ0的影响不可忽略；且当ht/h1≥2时，仿真图中该区间内曲线较为平稳，ht/h1对δ和σ0的影响可忽略。基于上述研究结论，在进行表面波导条件下RFC反演时，如果反演的海杂波高度相对天线高度较高，即ht/h1<2时，则当所需计算的传播距离较近(如，小于20km)，则反演过程中可不计掠射角，即采用第一计算模型来计算海杂波功率；反之，计算距离较远时(如，大于20km)，则反演过程中必须考虑掠射角的影响，采用CWS模型的RFC反演方法，即采用第二计算模型来计算海杂波功率。如果反演的波导高度相对天线高度较低(如，ht/h1≥2)时，无论传播距离如何，均无需计入掠射角影响，此时采用第一计算模型计算海杂波功率即可。特别的，当无法确定海杂波高度相对天线高度的比值时，则在传播距离较近，如小于20km时，采用第一计算模型计算海杂波功率；在传播距离较远，如大于20km时，采用CWS模型计算海杂波功率。为了验证以上(一)和(二)中推导出的结论，下面以实测数据为例，来对基于本申请的海杂波功率计算方法来进行RFC反演进行说明。其中，该实例中所应用的实测海杂波数据为美国空间测距雷达的试验数据。其中，具体雷达参数以及环境参数如表2所示。表2同时，应用某时刻测得的150°方位对流层波导试验数据。如图7a给出了修正折射率沿传播路径的分布图；图7b示出实测海杂波功率沿传播路径的分析图。另外，确定出反演10次得到的修正折射率二维分布图，并得到每次反演1次的修正折射率二维分布图。图8示出了为每次反演中的海杂波功率平均误差统计结果。较大的黑点表示基于第二计算模型来进行反演得到结果分布，较小的黑点表示基于第二计算模型反演得到的结果分布。则由实测的修正折射率数据可以看出，该试验中所测得的表面波导高度相对天线高度较低。应用第一计算模型和第二计算模型反演计算得到的修正折射率和海杂波功率相差不大。经过大量计算得出：表面波导高度相对天线高度较低时，应用第一计算模型的RFC反演方法计算即可，以避免确定掠射角等复杂计算。对应本申请的一种用于反演表面波导的海杂波功率计算方法，本申请还提供了一种用于反演表面波导的海杂波功率计算装置。参见图9，其示出了本申请一种用于反演表面波导的海杂波功率计算装置一个实施例的结构示意图，本实施例的装置可以包括：数据获取单元901，用于获取雷达发射参数以及待分析海杂波传播路径上的海杂波信息，其中，所述海杂波信息至少包括所述海杂波的传播距离以及海杂波传播方式信息；模型选取单元902，用于当根据所述海杂波传播方式信息确定所述海杂波为经表面波导传播的海杂波时，从预置的海杂波功率计算模型集合中，确定出用于计算在所述传播距离处的海杂波功率的目标计算模型；计算单元903，用于根据所述雷达发射参数以及所述海杂波信息，并采用所述目标计算模型，计算所述海杂波在所述传播距离处的海杂波功率。可选的，基于一种实现方式，所述模型选取单元可以包括：第一模型选取单元，用于当所述传播距离小于预设距离时，将所述海杂波功率计算模型集合中的第一计算模型作为所述目标计算模型；第二模型选取单元，用于当所述传播距离大于或等于所述预设距离时，将所述海杂波功率计算模型集合中的第二计算模型作为所述目标计算模型，其中，所述第一计算模型与所述第二计算模型不同；第一计算模型中假设掠射角随所述传播距离的变化对所述归一化雷达散射截面无影响，将所述将归一化雷达散射截面设置为预设常数。可选的，基于另一方面实现方式，所述数据获取单元获取到的海杂波信息中还可以包括：所述海杂波在所述传播距离处的海杂波高度；所述雷达发射信息包括：雷达系统的天线高度；则，所述装置还可以包括：比值计算单元，用于在所述模型选取单元确定出用于计算在所述传播距离处的海杂波功率的目标计算模型之前，计算雷达系统的天线高度与所述海杂波高度之间的比值；则模型选取单元，可以包括：第三模型选取单元，用于根据所述比值与预设阈值的差值，从预置的海杂波计算模型集合中，匹配出与所述比值对应的，且用于计算在所述传播距离处的海杂波功率的目标计算模型。可选的，所述第三模型选取单元，可以包括：第一选取子单元，用于当所述比值小于所述预设阈值，且所述传播距离小于预设距离时，则将所述海杂波功率计算模型集合中的第一计算模型作为所述目标计算模型；第二选取子单元，用于当所述比值小于所述预设阈值，且所述传播距离大于所述预设距离时，则将所述海杂波功率计算模型集合中的第二计算模型作为所述目标计算模型；第三选取子单元，用于当所述比值大于所述预设阈值时，则将所述第一计算模型作为所述目标计算模型；其中，第一计算模型中将归一化雷达散射截面设置为预设常数，且不计入掠射角随所述传播距离的变化。可选的，在以上任意一个实施例中，所述第一计算模型可以包括：在传播距离r处的海杂波功率Pc(r)如下理论计算公式：Pc(r)=Pc′(dB)+(P‾obs(dB)-P‾c′(dB));]]>其中，Pc′(dB)=10log[PtG2λ2F4(r)(4πr)3Ls(θBcτ2secθ)]]]>其中，为所述海杂波传播路径上所有海杂波的实测功率的均值，为所述海杂波传播路径上所有Pc′(dB)理论计算值的均值；Pt为发射所述海杂波的雷达发射功率，G为发射所述海杂波的雷达系统的天线增益，λ为雷达频率对应的波长，Ls为所述雷达系统的总损耗，θB为所述雷达系统中天线3dB波束宽度，τ为所述雷达系统发射的脉冲宽度；F(r)为在所述传播距离r处的传播因子；c为自由空间光速，取为3×108m/s；θ为所述海杂波在所述传播距离r处对应的掠射角，且secθ取值为1；所述第二计算模型包括：在传播距离r处的海杂波功率Pc(r)的如下理论计算公式：Pc(r)=PtG2λ2F4(r)(4πr)3Ls(σ0θBcτ2secθ)]]>其中，Pt为发射所述海杂波的雷达发射功率，G为发射所述海杂波的雷达系统的天线增益，λ所述雷达频率对应的波长，Ls为所述雷达系统的总损耗，θB为所述雷达系统中天线3dB波束宽度，τ为所述雷达系统发射的脉冲宽度；F(r)为在所述传播距离r处的传播因子；c为自由空间光速，取为3×108m/s；，θ为所述海杂波在所述传播距离r处对应的掠射角，且secθ取值为1；其中，所述传播距离r处的掠射角θ为采用曲面波谱的谱功率估计法，并基于优化方法对谱功率进行优化得到谱功率最大时所对应的角度；σ0为该传播距离处的归一化雷达散射截面，其计算公式为：σ0=σ0,GIT(r,θ)F4std(r′);]]>其中，σ0,GIT(r,θ)为利用乔治亚洲学院GIT模型计算得到的在传播距离r处的海表面归一化散射截面，F4std(r′)是在标准大气条件下相同掠射角θ对应距离r′上计算得到的双程传播因子；其中，ae为等效地球半径，ht为发射天线海拔高度。本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。当前第1页1 2 3