[发明专利]极地冰川厚度探测方法

说明书

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，尤其涉及一种应用雷达技术的极地冰川厚度探测方法。

背景技术

极地冰帽和冰川分布变化对全球气候变化和淡水资源分布有着重要的影响作用和研究意义。同时大部分人居住在距离海岸几十公里内，研究海平面的变化对人类的生活和居住迁徙提供主要研究依据。上个世纪六、七十年代各个国家就开始对极地冰帽的分布进行相关科学实验研究，中国已经进行了29次南极科考实验，并取得了有价值的极地冰层分布雷达数据。目前各国主要是用工作在VHF／UHF频段的遥感雷达设备进行冰层分布探测，包括车载雷达、机载雷达、卫星雷达进行冰层厚度探测。车载雷达虽然探测冰厚能力强，成本低，系统简单，但是测量范围有限；机载雷达和星载雷达系统复杂，但是测量范围大，可以实现整个极地冰帽和冰川的冰层分布成像，更加有利于观测极地冰层的变化。

南极冰的厚度可以达到3～4千米的深度，内部冰层回波将被淹没在表面杂波或噪声当中，给雷达探测冰厚带来难度。传统的雷达信号处理技术是用合成孔径(SAR)技术进行方位向杂波抑制，波束合成方法进行垂直方位向的杂波抑制处理，可以有效的提取出内部冰层回波信号和分层结构。传统的信号处理技术适用于冰表面起伏小，粗糙度小的极地冰的中心分布区域，目前国际上用传统技术处理冰雷达回波数据给出了极地冰川50％的覆盖区域的冰厚分布，但是对于表面起伏大，粗糙度大的冰覆盖区域，尤其是分布有大量冰川和峡谷的极地冰边缘和靠近海岸的大起伏、大粗糙度的冰表面，传统的雷达回波处理技术对冰厚的探测处理能力将会有限。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种极地冰川厚度探测方法，以提高大起伏、大粗糙度情况下极地冰川厚度探测的精度。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种极地冰川厚度探测方法。该极地冰川厚度探测方法包括：步骤A，向待测极地冰川发射探测雷达波，并接收该探测雷达波的回波信号S(t)；步骤B，对待测极地冰川实际冰表面地形分布进行自适应非均匀三角面元数值插值剖分处理，数值插值剖分处理使得每个三角面元的尺寸远小于探测雷达波波长；步骤C，计算每个三角面元的散射场，模拟待探测极地冰川的冰表面雷达回波信号；步骤D，利用模拟的冰表面雷达回波信号消除雷达回波信号S(t)中的冰表面杂波成分；以及步骤E，对消除冰表面杂波成分的雷达回波信号进行相干处理，提取极地冰川内部分层回波信号，绘制出雷达照射区域极地冰川厚度分布图。

(三)有益效果

本发明可以有效弥补传统信号处理技术提取冰底层回波信号的局限性和不足，对于大粗糙度和大起伏的任意表面分布的冰覆盖区域，应用本发明可以实现冰底层弱信号提取和杂波抑制处理，绘制出整个极地冰覆盖区域的冰层厚度和内部结构信息。通过雷达回波精确模拟，对雷达系统设计和优化提供重要的依据，提高数据后处理能力，降低雷达系统复杂度。

附图说明

图1为本发明所提供的机载探冰雷达回波信号杂波抑制和弱信号提取的信号处理流程图；

图2为研究的实际冰川地形分布图；

图3为数值插值方法获取高分辨率的冰川数字高程图；

图4为机载探冰雷达对冰表面和冰下分层结构探测的物理模型；

图5为模拟实际机载雷达探测系统雷达回波观测；

图6为用雷达回波模拟、数字滤波技术和信号相干处理进行杂波抑制后获取的冰底层结构成像结果。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。

本发明通过精确的模拟真实冰表面雷达回波信号，对于粗糙度大，分布非均匀的冰表面特性，对雷达实际观测到的雷达回波数据进行相关处理，去除掉雷达观测中冰表面的雷达回波信号，只保留冰内部分层的回波信号，达到提取冰层内部回波弱信号的目的；对于有少数山体或大目标分布的冰表面，也可以根据冰表面雷达回波模拟，估计数字滤波器阈值，然后用该阈值的数字滤波器进行冰表面杂波抑制，提取内部冰层回波信号。

在本发明的一个示例性实施例中，提供了了一种极地冰川厚度探测方法。图1为根据本发明实施例极地冰川厚度探测方法的流程图。如图1所示，本实施例极地冰川厚度探测方法包括：