基于X波段相參雷達(dá)獲取海浪信息的方法研究

發(fā)布時(shí)間：2020-06-23 10:49

【摘要】：海洋是一塊純凈又蘊(yùn)藏著大量資源的藍(lán)色寶藏,近現(xiàn)代以來(lái),隨著科技的發(fā)展,人類逐漸將發(fā)展的眼光移向海洋。但大自然帶來(lái)如此豐厚的“禮物”的同時(shí),也帶來(lái)災(zāi)害與慘劇。為了確保航運(yùn)、沿海城市以及各種海上作業(yè)的安全性,人們嘗試用各種方法觀測(cè)變幻莫測(cè)的海況信息。X波段雷達(dá)相對(duì)于其它的測(cè)量手段,具備分辨率較高、觀測(cè)范圍較大、且成本較低等多方面優(yōu)勢(shì),所以本文對(duì)基于X波段相參雷達(dá)獲取海浪參數(shù)信息的方法展開研究。本文首先分析了X波段相參雷達(dá)獲取的兩種數(shù)據(jù)集(雷達(dá)海浪圖像和多普勒速度場(chǎng))的形成機(jī)理,根據(jù)線性波理論,我們對(duì)隨機(jī)海浪波高進(jìn)行建模,并加入了陰影調(diào)制與傾斜調(diào)制兩種重要調(diào)制作用,得到了仿真的雷達(dá)海浪圖像。而后,通過(guò)對(duì)大量相關(guān)文獻(xiàn)的閱讀與學(xué)習(xí),我們對(duì)X波段雷達(dá)觀測(cè)海浪時(shí)獲得的多普勒速度構(gòu)成進(jìn)行分析,并給出了可信的數(shù)據(jù)仿真方法,得到了仿真的多普勒速度場(chǎng)。這兩種仿真數(shù)據(jù)集為下文的算法研究提供數(shù)據(jù)支撐。隨后,本文對(duì)利用多普勒速度場(chǎng)重構(gòu)海面波高場(chǎng)方法進(jìn)行了學(xué)習(xí)與分析。我們利用仿真的多普勒數(shù)據(jù)重構(gòu)了波高場(chǎng),重構(gòu)波高場(chǎng)與原始波高場(chǎng)在定性和定量的比較中都顯示出了算法的有效性。該結(jié)論不僅再次證明了我們仿真數(shù)據(jù)的可信度,同時(shí)帶給我們改進(jìn)經(jīng)典海浪參數(shù)獲取方法——3D-FFT算法的靈感�；诜窍鄥⒗走_(dá)的3D-FFT算法由于是對(duì)雷達(dá)圖像強(qiáng)度進(jìn)行頻域分析,所以必須使用調(diào)制傳遞函數(shù)(Modulation Transfer Function,MTF)將圖像譜校正為海浪譜。MTF的計(jì)算需要使用由實(shí)地測(cè)量工具測(cè)量的真實(shí)波高信息,這帶來(lái)了高昂的工作成本。不僅如此,MTF參數(shù)的不確定性對(duì)結(jié)果的準(zhǔn)確度造成影響。本文將重構(gòu)波高方法與3D-FFT方法結(jié)合,提出了兩種適用于相參雷達(dá)的改進(jìn)3D-FFT算法以解決上述MTF帶來(lái)的弊端。第一種方法用重構(gòu)波高場(chǎng)代替實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),大大降低了MTF的獲取難度與成本。第二種方法用重構(gòu)波高場(chǎng)代替了海浪圖像作為算法輸入,更加徹底的避免了MTF的使用。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,兩種方法均可以獲得較精確的海浪參數(shù)值,但第二種方法在復(fù)雜度和估計(jì)精度上都略優(yōu)于第一種方法。最后,本文以實(shí)際應(yīng)用為出發(fā)點(diǎn),研究了雷達(dá)天線長(zhǎng)時(shí)間指向主波方向時(shí)的有效波高獲取方法。考慮到投影效應(yīng)造成的能量損耗,凝視模式下的多普勒速度場(chǎng)被仿真,然后被用于有效波高的估計(jì)。仿真實(shí)驗(yàn)獲得了令人滿意的結(jié)果,有效波高的估計(jì)值與真實(shí)值偏差小于0.16米。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN958;P731.2
【圖文】：

過(guò)程圖,隨機(jī)海浪,線性疊加,過(guò)程