專利名稱：一種x波段測波雷達海流反演預處理方法
技術領域：
本發明屬于無線電物理學和海洋科學技術領域，尤其涉及一種利用海洋重力波色散關系對X波段測波雷達海流反演進行預處理的方法。
背景技術：
X波段測波雷達廣泛用于海上交通管理和海上航行導航，近三十年來逐步發展成為一種用于海洋環境監測的新手段。當X波段測波雷達電磁波入射到海面時，與那些與雷達波長相當的、由風引起的毛細波產生Bragg散射，后向散射回波被雷達接收器接收，形成“海雜波”，而波長較長的重力波通過對毛細波的流體動力調制、傾斜調制、陰影調制作用表現在海雜波圖像上，因此，X波段測波雷達圖像包含著豐富的海洋動力學參數信息。對此雷達回波圖像進行分析可以找到與海洋表面動力學過程(風、浪、流)相對應的譜特征，由此即可提取和反演出海面動力學要素值。利用X波段測波雷達進行海洋監測具有便捷、可靠、經濟、實時和分辨率高等特點，已經引起了海洋學家們的廣泛重視，被認為是一種能實現對海洋進行有效監測的高科技手段。在海浪參數反演過程中，首先對雷達圖像序列進行3維FFT變換，以獲得相對海浪方向譜，然后利用海浪方向譜可以計算得到海浪的主波周期和主波向等信息，由于海流的存在，使得朝向雷達天線方向的回波圖像功率譜由于多普勒效應而移到高頻部分，反之則移致低頻部分。因此，流速的確定是計算準確圖像功率譜的關鍵部分，對于利用回波圖像功率譜反演準確的海浪參數信息是至關重要的。傳統的基于X波段測波雷達的海流反演算法是基于加權最小二乘法，經過3維FFT變換的譜的所有頻 點都會參與運算，由于存在干擾就會使海流結果不準確，從而導致反演得到的海浪參數不準確。為了得到準確的海流信息，需要對雷達數據進行預處理，選取相對準確的滿足色散關系的頻點，目前對雷達數據的預處理都是用最大海流流速進行限制，然而在對觀測海域海流最大可能流速未知，或對于船載X波段測波雷達來說，用流速來對回波譜進行限制就會失效。
發明內容
針對背景技術存在的問題，本發明提供一種利用海洋重力波色散關系對X波段測波雷達海流反演進行預處理的方法。為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案:—種X波段測波雷達海流反演預處理方法，包括以下步驟，步驟1、根據海洋重力波色散關系及相應的幾何關系確定滿足色散關系的角頻率和空間波數的K-W色散曲線，K-W色散曲線的表達式為:
_0] W=^fKjKiW1 -(1- ^KfKl )碩)⑴其中，W1為滿足色散關系的曲線上的任意一點所對應的角頻率，K1為K-W面上與W1對應的空間波數，g為重力加速度；
步驟2、對每個方向，由步驟I中確定的角頻率和空間波數的關系式確定滿足該關系式的曲線簇；步驟3、對每個方向，對步驟2確定的曲線簇進行判斷，找出滿足色散關系的色散曲線；步驟4、對步驟3得到的色散曲線進行海流反演得到準確的海流信息。所述步驟3包括以下步驟:步驟3.1對每個方向上的K-W面，均由式(I)生成曲線簇；步驟3.2對于曲線簇中的每一條曲線，利用臨近點插值法插值得到該曲線上每一點處3維FFT變換后的能量值；步驟3.3遍歷每一條曲線:對于色散曲線n，如果其上有50%以上點的能量值不小于曲線η-l和n+1上點的值，且它與上一個K-W面中已選出的曲線序號相差在2到4之間，那么該色散曲線η就是這個K-W面上滿足色散關系的色散曲線；步驟3.4對所有的方向，重復步驟3.4，得到每個方向上的滿足色散關系的色散曲線。所述步驟I中的式(I)由以下計算過程得出:
權利要求
1.一種X波段測波雷達海流反演預處理方法，其特征在于:包括以下步驟，步驟1、根據海洋重力波色散關系及相應的幾何關系確定滿足色散關系的角頻率和空間波數的K-W色散曲線，K-W色散曲線的表達式為:
2.根據權利要求1所述的一種X波段測波雷達海流反演預處理方法，其特征在于:所述步驟3包括: 步驟3.1對每個方向上的K-W面，均由式(I)生成曲線簇； 步驟3.2對于曲線簇中的每一條曲線，利用臨近點插值法插值得到該曲線上每一點處3維FFT變換后的能量值； 步驟3.3遍歷每一條曲線:對于色散曲線n，如果其上有50%以上點的能量值不小于曲線η-l和n+1上點的值，且它與上一個K-W面中已選出的曲線序號相差在2到4之間，那么該色散曲線η就是這個K-W面上滿足色散關系的色散曲線；步驟3.4對所有的方向，重復步驟3.4，得到每個方向上的滿足色散關系的色散曲線。
3.根據權利要求1或2所述的一種X波段測波雷達海流反演預處理方法，其特征在于:所述步驟I中的式(I)由以下計算過程得出:
全文摘要
本發明提供一種基于海洋重力波色散關系的X波段測波雷達海流反演預處理方法，先由海洋重力波色散關系及相應的幾何關系確定滿足色散關系的角頻率和空間波數的關系表達式；然后，對每個方向，由確定的角頻率和空間波數的關系式來確定一系列滿足關系式的曲線簇；再對確定的曲線簇進行相關判斷，找出滿足色散關系的曲線；最后用確定的色散關系曲線進行海流反演得到準確的海流信息。本發明算法簡單、高效，為岸基X波段測波雷達、船載X波段測波雷達海洋動力學參數反演提供一種預處理方法，提高了海流及海浪參數反演的精度。
文檔編號G01S7/02GK103105603SQ201310029849
公開日2013年5月15日 申請日期2013年1月25日 優先權日2013年1月25日
發明者吳雄斌, 沈志奔, 馬克濤, 王立, 陳驍鋒, 李亞雷 申請人:武漢大學