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一種基于新型海浪色散關(guān)系帶通濾波器進(jìn)行x波段導(dǎo)航雷達(dá)反演海浪參數(shù)方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于海浪遙感【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種利用導(dǎo)航雷達(dá)獲取的海雜波圖像進(jìn)行海浪參數(shù)反演的基于新型海浪色散關(guān)系帶通濾波器進(jìn)行X波段導(dǎo)航雷達(dá)反演海浪參數(shù)方法。本發(fā)明包括：雷達(dá)圖像數(shù)據(jù)采集；雷達(dá)圖像預(yù)處理；對(duì)笛卡爾坐標(biāo)系下的圖像序列應(yīng)用傅里葉變換，得到雷達(dá)圖像的三維波數(shù)頻率圖像譜；海浪譜信息提取；海浪信息反演。本發(fā)明的濾波器保留了船速對(duì)色散關(guān)系的影響，有效地解決了傳統(tǒng)寬帶通濾波器的帶寬會(huì)隨運(yùn)動(dòng)速度的增大而增大這一問(wèn)題，使得可以在雷達(dá)平臺(tái)隨艦船運(yùn)動(dòng)情況下進(jìn)行濾波；本發(fā)明的新型濾波器的帶通邊界推導(dǎo)中沒(méi)有對(duì)任何量取近似值，減小了計(jì)算誤差，不會(huì)對(duì)帶通邊界產(chǎn)生影響，帶寬計(jì)算更加精確，提升了海浪反演精度。
【專利說(shuō)明】一種基于新型海浪色散關(guān)系帶通濾波器進(jìn)行X波段導(dǎo)航雷達(dá)反演海浪參數(shù)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于海浪遙感【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種利用導(dǎo)航雷達(dá)獲取的海雜波圖像進(jìn)行海浪參數(shù)反演的基于新型海浪色散關(guān)系帶通濾波器進(jìn)行X波段導(dǎo)航雷達(dá)反演海浪參數(shù)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)X波段雷達(dá)的回波圖像進(jìn)行分析，可以獲得海浪的參數(shù)。但是該回波圖像中除了含有海浪信號(hào)外還含有大量的噪聲，如同頻干擾、背景噪聲、雨雪干擾及目標(biāo)物回波等。這些噪聲將嚴(yán)重影響海浪的參數(shù)反演，使結(jié)果失真。所以需要從雷達(dá)的回波圖像中去除這些噪聲信號(hào)并提取出有用的海浪信號(hào)。由于該信號(hào)符合重力波的色散關(guān)系，所以可以利用色散關(guān)系來(lái)構(gòu)造濾波器，將信號(hào)提取出來(lái)。具體的濾波流程如下:
[0003]海雜波圖像譜I (kx，ky, ω)—色散關(guān)系濾波一信號(hào)圖像譜F(kx，ky, ω)
[0004]海浪符合重力波的色散關(guān)系這一理論是由LeBlond和Mysak于1978年提出的。見(jiàn)參考文獻(xiàn)[I] (Paul H.LeBlond, Lawrence A.Mysak.Waves in theocean[M].1978, Elsevier.)
[0005]假定在選定的分析區(qū)域內(nèi)海面浪場(chǎng)和流場(chǎng)是空間均勻和時(shí)間穩(wěn)定的，則一階重力波的色散關(guān)系描述如 下
[0006]a>l = g|￡|tanh(問(wèn)d) (I)
[0007]其中，d為水深，g為當(dāng)?shù)刂亓铀俣龋? = 2π/λ為波數(shù)，λ為海浪波長(zhǎng)。若存在
一個(gè)相對(duì)于雷達(dá)天線平臺(tái)速度的表面流β = (?,-?,.)，其中= + qS。那么引入一個(gè)多普勒頻移的色散關(guān)系變?yōu)?
[0008](O = (O0 + k - Li (2 )
[0009]貝Ij
[0010](O = ^,y|/(|tanh(|/(|<;/) +k - U (3 )
[0011]上述為雷達(dá)與海表面不存在相對(duì)流速與存在相對(duì)流速下的色散關(guān)系曲線。曲線a為流速為O時(shí)的色散關(guān)系曲線，它關(guān)于縱軸對(duì)稱。曲線b為存在多普勒頻移的色散關(guān)系曲線。等高線代表能量的分布。
[0012]根據(jù)文獻(xiàn)顯示，目前已有針對(duì)海雜波圖像海浪信號(hào)提取的基于色散關(guān)系的帶通濾波器主要分為兩大類，即窄帶和寬帶。在帶通濾波器的發(fā)展史上，最早出現(xiàn)的是窄帶形式的濾波器，隨后為了解決窄帶濾波器的不足而出現(xiàn)了寬帶濾波器。
[0013]窄帶濾波器的原理是尋找合適的方法計(jì)算出色散關(guān)系公式(3)中的流速矢量5，這樣色散關(guān)系即為已知。由于海浪能量絕大部分分布在色散關(guān)系曲線附近，因此通過(guò)在色散關(guān)系曲線附近設(shè)置窄帶通，便可以獲取真實(shí)的海浪信息，濾除噪聲干擾。
[0014]最早的窄帶通色散關(guān)系濾波器是1999年Reichert、Nieto等人提出的。Reichert
等人分別在文獻(xiàn)[2-4]中給出了兩種思想相似的帶通濾波器定義，如公式(4) (5)所示。
[0015]
【權(quán)利要求】
1.一種基于新型海浪色散關(guān)系帶通濾波器進(jìn)行X波段導(dǎo)航雷達(dá)反演海浪參數(shù)方法，其特征在于: (1)雷達(dá)圖像數(shù)據(jù)采集:采集N幅空間海域雜波連續(xù)圖像，并同步記錄當(dāng)時(shí)船舶的航向和航速信息； (2)雷達(dá)圖像預(yù)處理:選取距離船艏向角度為P，像素為N1*N1的矩形區(qū)域作為分析的子圖像序列，對(duì)矩形區(qū)域進(jìn)行中值濾波，使用最近點(diǎn)插值的方法獲取圖像笛卡爾坐標(biāo)； (3)對(duì)笛卡爾坐標(biāo)系下的圖像序列應(yīng)用傅里葉變換，得到雷達(dá)圖像的三維波數(shù)頻率圖像譜； (4)海浪譜信息提取:使用色散關(guān)系帶通濾波器對(duì)三維波數(shù)頻率圖像譜進(jìn)行濾波處理，得到三 維海浪圖像譜；對(duì)該圖像譜中的頻率域進(jìn)行積分，得到二維海浪波數(shù)圖像譜；使用調(diào)制傳遞函數(shù)MTF獲取二維海浪譜； (5)海浪信息反演:利用海浪譜反演計(jì)算得到海浪參數(shù)，包括有效波高、波峰周期、波峰峰向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于新型海浪色散關(guān)系帶通濾波器進(jìn)行X波段導(dǎo)航雷達(dá)反演海浪參數(shù)方法，其特征在于，所述步驟(2)包括: (2.1)選取距離船艏向角度為P，像素為N1*N1的矩形區(qū)域作為分析的子圖像序列； (2.2)對(duì)N幅圖像的分析區(qū)域按照如下方式進(jìn)行旋轉(zhuǎn):
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于新型海浪色散關(guān)系帶通濾波器進(jìn)行X波段導(dǎo)航雷達(dá)反演海浪參數(shù)方法，其特征在于，所述步驟(4)包括: (4.1)將步驟(1)中記錄的航速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化到分析區(qū)域所在的笛卡爾坐標(biāo)系下:
【文檔編號(hào)】G01S13/89GK103969643SQ201410195939
【公開(kāi)日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年5月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月9日
【發(fā)明者】盧志忠, 戴運(yùn)桃, 宋靜怡, 衛(wèi)延波, 沈繼紅, 王淑娟 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)