基于航海雷達(dá)的海浪遙測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、海浪是最為常見且最為重要的海洋波動(dòng)現(xiàn)象，它與海洋探索、海洋開發(fā)利用等許多重要問題，特別是海洋軍事技術(shù)和海上航行安全等有著十分密切的關(guān)系。雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，特別是航海雷達(dá)技術(shù)的進(jìn)步為觀測(cè)海浪提供了重要的觀測(cè)條件。航海雷達(dá)觀測(cè)海浪主要是通過分析來自海洋表面、雷達(dá)接收的海面回波隨時(shí)空的演變，經(jīng)過波譜分析計(jì)算得到實(shí)時(shí)的海表面流和海況參數(shù)（波峰周期、波峰波向和有效波高）。由于航海雷達(dá)觀測(cè)海浪時(shí)，無需直接接觸海面進(jìn)行觀測(cè)，具有其它海浪觀測(cè)方法無法比擬

2、的優(yōu)越性和廣泛應(yīng)用價(jià)值，因此，利用航海雷達(dá)觀測(cè)海浪越來越引起國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。
　　 本文在系統(tǒng)分析了海浪遙測(cè)技術(shù)理論研究成果及其發(fā)展概況的基礎(chǔ)上，對(duì)海浪圖像數(shù)據(jù)采集，海浪圖像預(yù)處理，海流估計(jì)以及海浪參數(shù)反演等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究。
　　 針對(duì)課題的具體需求，本文在研究應(yīng)用雷達(dá)單元構(gòu)成原理和各路輸出信號(hào)功能特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了一種以間歇采樣的模式對(duì)雷達(dá)多路信號(hào)同步采集的方案。通過深入分析PXI-9820高速數(shù)據(jù)采集

3、卡的功能特性，對(duì)數(shù)據(jù)采集硬件平臺(tái)進(jìn)行了方案設(shè)計(jì)，同時(shí)，研究并實(shí)現(xiàn)了基于Windows/PXI系統(tǒng)的雷達(dá)回波信號(hào)數(shù)據(jù)采集軟件。通過實(shí)地岸基試驗(yàn)驗(yàn)證了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的可行性以及系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。
　　 考慮到海浪遙感測(cè)量時(shí)，獲取的雷達(dá)原始回波信號(hào)中具有雨雪雜波和同頻干擾噪聲的情況，本文在系統(tǒng)分析大量降雨圖像特征的基礎(chǔ)上，提出利用圖像的統(tǒng)計(jì)特性-均值和變異系數(shù)作為圖像是否受到降雨影響的判斷依據(jù)。同時(shí)，提出一種基于小波變換的海浪圖

4、像同頻干擾噪聲抑制算法，在對(duì)海浪圖像進(jìn)行多分辨率分解提取出含有細(xì)節(jié)信息的高頻分量后，利用圖像直方圖的閾值來區(qū)分圖像的同頻干擾噪聲和海浪信號(hào)，然后對(duì)檢測(cè)出的噪聲點(diǎn)進(jìn)行恢復(fù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文算法能夠取得較好的降噪效果。
　　 考慮到海流估計(jì)的主要技術(shù)難點(diǎn)，為了減少因海流的誤差帶來的海浪方向譜的誤差，本文提出一種基于誤差序列方差最小的迭代估流算法，以方差最小為估計(jì)海流的目標(biāo)函數(shù)，利用屬于某個(gè)色散關(guān)系的集合的整體屬性，對(duì)海流進(jìn)行估計(jì)，

5、同時(shí)，利用高斯正態(tài)分布原理，提出了確定屬于某個(gè)色散關(guān)系的能量集合的方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，利用本文提出的算法進(jìn)行海流估計(jì)，能夠提高海流估計(jì)的穩(wěn)定性和精度。
　　 考慮到海浪參數(shù)反演的具體要求，本文提出一種改進(jìn)的帶通濾波算法，通過對(duì)色散關(guān)系方程的單調(diào)性、連續(xù)性以及收斂性的深入研究，確定發(fā)生色散關(guān)系的主要區(qū)域，以此為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了一個(gè)更加合理、準(zhǔn)確的帶通濾波器，用以改善海浪參數(shù)的反演精度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，利用本文提出算法進(jìn)行海浪參數(shù)反演，能