[发明专利]矢量输运理论计算海背景箔条云散射方法

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1.一种基于矢量输运理论预估海背景箔条云散射特性的方法，其特征在于，所述基于矢量输运理论预估海背景箔条云散射的方法包括以下步骤：

第一步，数据读取，进行箔条云团空间分布以及海面的数据读取；

第二步，箔条云团数据处理，基于K-means算法对箔条云团进行区域划分，并在每个分区内部随机一点，搜索其相邻少量箔条利用线矩量法MoM计算电磁波的传输衰减系数，并存贮标志向量建立数据库；

第三步，海面数据处理，基于最小二乘法与KD树算法处理数据，获得海面各处法向量的值并保存；

第四步，区域外轮廓建立，基于Delaunay算法对箔条云团每个分区进行三角剖分和外包络建立，并存储不同区域的外包络三角形顶点、法向量、中心点索引数据，建立数据库；

第五步，根据模型矢量输运理论，并使用蒙特卡洛方法对模型雷达散射截面进行计算；

所述基于矢量输运理论预估海背景箔条云散射的方法根据矢量输运理论，并使用蒙特卡洛方法求解模型的远场雷达散射截面积，包括以下步骤：

(1)生成平面波入射能量源平面，并对其进行合适的网格剖分，获得光子出射位置及出射能量；

(2)判断源发射光子是否与箔条云外包络相交，判定方法如下：

入射线表达式为O+Dt，O为光子发射起点，D为射线的方向，根据三角形顶点可得三角形表达式为(1-u-v)V₀+uV₁+vV₂，满足u≥0,v≥0,u+v≤1，V₀,V₁,V₂为三角形顶点坐标，则若相交满足下式：

O+Dt＝(1-u-v)V₀+uV₁+vV₂；

其中，t,u,v均为参数，移项并整理，提出t,u,v作为未知数，得：

令E₁＝V₁-V₀,E₂＝V₂-V₀,T＝O-V₀，则上式写为：

根据克莱姆法则，得t,u,v的解分别为：

则若可求得其解则相交，代入三角形表达式得交点坐标并存储，若无解则不相交；

(3)模拟光子入射箔条云后的传输过程，与箔条云相交的光子根据矢量传输理论，能量以Stokes矢量表示：

(4)光子能量的收集及雷达散射截面积的计算，连续地按照上述的过程产生光子、光子与散射体碰撞并追踪光子的轨迹，当光子离开散射体后便计算其散射出的能量并收集于其出射方向所对应的能量收集盒子内，叠加至所有光子模拟完毕，获得最终Stokes矢量；

计算雷达散射截面积只需Stokes矢量中的I分量，其他分量可用于分析模型的极化特性：

其中0≤θ≤90°,于是，雷达散射截面积表示为：

所述生成平面波入射能量源平面，并对其进行合适的网格剖分，获得光子出射位置及出射能量，具体步骤如下：

1)在给定的电磁波入射角情况下，建立源平面的方程如下：

若源平面与箔条云团中心距离为L′，且设定源平面的中心点为：

2)将云团外包络点在平面Π上进行投影，并再次使用Delaunay算法给出平面外包络；

3)根据产生的外包络顶点坐标，寻找包含所有外包络点的最小外接圆，记其半径为R_min，则使用菲波那契网格策略产生网格为：

其中，n为网格节点数及出射光子数，为权数；

4)依据离散事件抽样方法进行源发射点抽样，在指定的外包络内使用菲波那契网热产生的离散点为P(i)，则随机抽取源发射点时，按照均匀分布产生一个随机数：

randnumber＝rand()；

其中，函数可产生[0,1]区间内的随机数，若m≤randnumber*n≤m′+1，m′为正整数，则被抽取的源点序号为m′，其对应的点坐标为P(m′)；

基于蒙特卡洛方法根据矢量输与理论求解最终Stokes矢量，获得最终的雷达散射截面积，具体包含以下步骤：

1)抽取箔条取向，光子进入箔条云将与箔条产生碰撞并发生散射，知箔条取向角，按照均匀分布生成一个随机数：

randnumber＝rand()；

若箔条根数为N，判断若M≤randnumber*N≤M+1，M为正整数，则调用箔条标号为M的箔条取向角；

2)散射方向抽样，碰撞完成后需知发生散射衰减后的光子出射方向，衰减系数已计算可直接调用，出射方向则可根据单根箔条的归一化方向图，出射方向概率密度分布图获得，采用舍选法进行，基本步骤为：

首先，在θ∈[0,π]，之间按照均匀分布抽取发射角有如下式子：

将计算的发射角度带入概率密度函数归一化方向图，有：

其次，在区间上使用的rand()再次产生一个均匀分布随机数P₀，按照下面的判断准则进行发射角选择：

循环使用舍选法直至获得可接受的散射方向，此方向为单根箔条局部坐标系下的方向，需根据箔条取向将其转化为全局坐标系的方向，即得光子出射方向；

3)抽取自由程，第一次碰撞后，需确定光子下一次碰撞位置，则需计算其自由程如下：

其中，ξ是[0,1]之间的均匀分布随机数，K_e是消光系数其与区域内所含粒子数，即箔条根数相关，重复1)～3)直到光子射出箔条云，判断光子是否在云内外的基本判定方法是，从光子当前所在的位置向任意方向发射射线，判断射线与几何体的交点个数，奇数为内，偶数则点在外部；

4)模拟光子出射箔条云后的过程，光子出射箔条云后，根据其出射方向判断其是否会与海面相交，判断方式为：

若不相交则收集此时能量至出射方向所对应的中；若相交则根据箔条云团高度h和出射方向计算得与海面的交点，提取海面信息内对应坐标的海面的法向量获得海面散射后的光子出射方向

根据反射点与出射方向继续进行2)，若相交则重复2)～3)；若不相交则收集经海面反射后的能量至出射方向所对应中。