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Ka波段星载多普勒散射测量及海面回波多普勒质心估计

于淼淼

于淼淼. Ka波段星载多普勒散射测量及海面回波多普勒质心估计[J]. 空间科学学报. doi: 10.11728/cjss2025-0072
引用本文: 于淼淼. Ka波段星载多普勒散射测量及海面回波多普勒质心估计[J]. 空间科学学报. doi: 10.11728/cjss2025-0072
Ka-band spaceborne Doppler scattering measurement and echoed Doppler centroid estimation of sea surface[J]. Chinese Journal of Space Science. doi: 10.11728/cjss2025-0072
Citation: Ka-band spaceborne Doppler scattering measurement and echoed Doppler centroid estimation of sea surface[J]. Chinese Journal of Space Science. doi: 10.11728/cjss2025-0072

Ka波段星载多普勒散射测量及海面回波多普勒质心估计

doi: 10.11728/cjss2025-0072

Ka-band spaceborne Doppler scattering measurement and echoed Doppler centroid estimation of sea surface

  • 摘要: 海洋作为地球系统的重要组成部分,其表面动力学参数(风场、波浪、海流)对海气相互作用、海洋物质能量平衡以及气候变化有着重要的影响。在星载测量条件下,海面回波的幅度和相位中包含着海面的相关运动信息,对卫星较高的平台运行速度与海表动力学参数共同形成的多普勒特性的研究十分必要。本文利用已有模拟海洋表面的线性随机叠加理论,建立了随时间变化的包含主要海洋动力学参数风、浪、流的动态海面模型,验证了布拉格散射条件下海面后向散射系数的可靠性。根据全球海表流场多尺度结构观测卫星计划(OSCOM)所拟定的卫星参数及海况参数,通过谱参数估计的方法分析了风速、风向、风区影响下的回波多普勒特性。随着风速的增加,海面粗糙度、均方根高度均增大,导致后向散射调制更为强烈,使得海表回波多普勒的偏移与展宽均增加。在顺轨向观测时,多普勒谱随风向变化的多普勒质心偏移量在顺逆风向上略微不对称,在约90°风向时达到最小值。对风区的分析结果表明,当海面风速为10m/s时,风区长度由10km的不成熟海浪成长为充分发展的海浪时,海面运动速度增加,长波的倾斜调制增强,多普勒谱偏移增大,估计的多普勒频率质心相差0.56m/s。最后,本文考虑了破碎波对共极化后向散射的贡献,分析了对多普勒质心与速度估计的影响。波浪破碎条件下的回波多普勒谱分析表明,当风速为12m/s,观测方向与风向相同时,破碎波对Ka波段后向散射系数的贡献约为4dB。相比于不考虑破碎波情况的多普勒质心偏移约为95.2Hz,导致对径向速度估计的偏差约为0.4m/s。

     

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出版历程
  • 收稿日期:  2025-04-30
  • 录用日期:  2025-05-19
  • 修回日期:  2025-05-16
  • 网络出版日期:  2025-07-04

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