本發(fā)明屬于海洋技術領域，具體涉及一種基于雙極化多層薄膜覆蓋海面等效介電常數(shù)計算方法。

背景技術：

為了防止、減少溢油災害，對海面全天候、大范圍、高分辨衛(wèi)星遙感實時監(jiān)測必不可少。對海面溢油監(jiān)測主要采用衛(wèi)星SAR遙感監(jiān)測技術，但現(xiàn)有的溢油自動識別技術物理機制尚不完善，監(jiān)測結果主要有兩個方面不足，一是對于低風速區(qū)域海面和薄冰海面等非溢油海面誤報為溢油污染，二是尚不能對海表面污染物進行區(qū)分，如礦物油，植物油，赤潮等污染物，形成當前污染物自動監(jiān)測的技術瓶頸。我們提出一種基于海面多層電磁散射機制的薄膜覆蓋海面等效介電常數(shù)計算方法，為污染物自動監(jiān)測技術提供一種物理識別方法。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種基于雙極化多層薄膜覆蓋海面等效介電常數(shù)計算方法，計算結果用于區(qū)別不同海面污染物。

本發(fā)明采用的技術方案為：一種薄膜覆蓋海面等效介電常數(shù)計算方法，將薄膜-海水復合海面等效為介電常數(shù)為ε_e的單層反射介質，根據(jù)布拉格(Bragg)散射機制公式，求出僅與雷達入射角、反射面介電常數(shù)有關的極化比參數(shù)。真實的極化比可用空氣-薄膜-海水多層介質散射理論公式計算，該極化比為雷達入射角和空氣、薄膜、海水的相對介電常數(shù)的函數(shù)。由兩種極化比相等所得公式，可用求解出等效介電常數(shù)，包括水平極化和垂直極化下的兩種等效介電常數(shù)計算方法。具體包括以下步驟：

步驟:1：考慮空氣-薄膜-海水三層復合介質海面，它們的介電常數(shù)和磁導率分別為：ε₀,μ₀、ε₁,μ₁和ε₂,μ₂，三種介質均為非鐵磁質，磁導率可近似為μ₁＝μ₂＝μ₀，薄膜厚度為h，波數(shù)為的電磁波，波長為λ，k_i入射角為θ_i入射到薄膜表面，透射角為當透射波透入海水中是透射角為在空氣-薄膜界面即z＝0處，HH和VV極化反射系數(shù)和透射系數(shù)其中p＝HH,VV，分別為：

在薄膜-海水界面即z＝-h處：

其中由公式(1)-(8)，根據(jù)多層散射理論，在空氣-薄膜界面的反射系數(shù)為：

步驟2：將薄膜-海水等效為一層等效介質，等效介電常數(shù)和等效磁導率為ε_e,μ_e，其中等效介質為非鐵磁介質磁導率μ_e＝μ₀；在空氣-等效介質界面即z＝0處，HH和VV極化等效反射系數(shù)分別為：

步驟3：水平極化和垂直極化介電常數(shù)分別為和他們分別由公式(12)和(13)計算。

有益效果：本發(fā)明提出的薄膜覆蓋海面等效介電常數(shù)計算方法，是基于海面多層電磁散射機制的薄膜覆蓋海面等效介電常數(shù)計算方法，為污染物自動監(jiān)測技術提供一種物理識別方法。

附圖說明

圖1為薄膜覆蓋海冰結構示意圖；其中(a)部分為厚度為h的薄膜覆蓋海面，(b)部分為與(a)部分等效的海面示意圖；

圖2為有效介電常數(shù)隨薄膜相對介電常數(shù)的變化。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步的說明。

本發(fā)明考慮水平極化(HH)和垂直極化(VV)兩種情形，提出一種基于多層散射理論的薄膜覆蓋海面等效介電常數(shù)計算方法，具體步驟主要包含：

步驟:1：考慮空氣-薄膜-海水三層復合介質海面(見圖1的a部分)，它們的介電常數(shù)和磁導率分別為：ε₀,μ₀、ε₁,μ₁和ε₂,μ₂，三種介質均為非鐵磁質，磁導率可近似為μ₁＝μ₂＝μ₀，薄膜厚度為h，波數(shù)為的電磁波，波長為λ，k_i入射角為θ_i入射到薄膜表面，透射角為當透射波透入海水中是透射角為在空氣-薄膜界面即z＝0處，HH和VV極化反射系數(shù)和透射系數(shù)其中p＝HH,VV，分別為：

在薄膜-海水界面即z＝-h處：

其中由公式(1)-(8)，根據(jù)多層散射理論，在空氣-薄膜界面的反射系數(shù)為：

步驟2：將圖1的a部分中薄膜-海水等效為一層等效介質(見圖1的b部分)，等效介電常數(shù)和等效磁導率為ε_e,μ_e，其中等效介質為非鐵磁介質磁導率μ_e＝μ₀；在空氣-等效介質界面即z＝0處，HH和VV極化等效反射系數(shù)分別為：

步驟3：水平極化和垂直極化介電常數(shù)分別為和他們分別由公式(12)和(13)計算。

當薄膜厚度為0.01m，海水相對介電常數(shù)為80，模擬Radarsat2雷達波長為0.0595m，薄膜相對介電常數(shù)從1變?yōu)?5，雷達入射角為θ_i＝30°。根據(jù)公式(12)和(13)，計算出的水平極化和垂直極化等效介電常數(shù)隨薄膜的相對介電常數(shù)變化曲線如圖2所示。

以上結合附圖對本發(fā)明的實施方式做出詳細說明，但本發(fā)明不局限于所描述的實施方式。對本領域的普通技術人員而言，在本發(fā)明的原理和技術思想的范圍內，對這些實施方式進行多種變化、修改、替換和變形仍落入本發(fā)明的保護范圍內。