一种基于新型海浪色散关系带通滤波器进行x波段导航雷达反演海浪参数方法
【专利摘要】本发明属于海浪遥感【技术领域】，具体涉及一种利用导航雷达获取的海杂波图像进行海浪参数反演的基于新型海浪色散关系带通滤波器进行X波段导航雷达反演海浪参数方法。本发明包括：雷达图像数据采集；雷达图像预处理；对笛卡尔坐标系下的图像序列应用傅里叶变换，得到雷达图像的三维波数频率图像谱；海浪谱信息提�。缓＠诵畔⒎囱�。本发明的滤波器保留了船速对色散关系的影响，有效地解决了传统宽带通滤波器的带宽会随运动速度的增大而增大这一问题，使得可以在雷达平台随舰船运动情况下进行滤波；本发明的新型滤波器的带通边界推导中没有对任何量取近似值，减小了计算误差，不会对带通边界产生影响，带宽计算更加精确，提升了海浪反演精度。
【专利说明】一种基于新型海浪色散关系带通滤波器进行X波段导航雷达反演海浪参数方法
【技术领域】
[0001]本发明属于海浪遥感【技术领域】，具体涉及一种利用导航雷达获取的海杂波图像进行海浪参数反演的基于新型海浪色散关系带通滤波器进行X波段导航雷达反演海浪参数方法。
【背景技术】
[0002]对X波段雷达的回波图像进行分析，可以获得海浪的参数。但是该回波图像中除了含有海浪信号外还含有大量的噪声，如同频干扰、背景噪声、雨雪干扰及目标物回波等。这些噪声将严重影响海浪的参数反演，使结果失真。所以需要从雷达的回波图像中去除这些噪声信号并提取出有用的海浪信号。由于该信号符合重力波的色散关系，所以可以利用色散关系来构造滤波器，将信号提取出来。具体的滤波流程如下:
[0003]海杂波图像谱I (kx，ky, ω)—色散关系滤波一信号图像谱F(kx，ky, ω)
[0004]海浪符合重力波的色散关系这一理论是由LeBlond和Mysak于1978年提出的。见参考文献[I] (Paul H.LeBlond, Lawrence A.Mysak.Waves in theocean[M].1978, Elsevier.)
[0005]假定在选定的分析区域内海面浪场和流场是空间均匀和时间稳定的，则一阶重力波的色散关系描述如 下
[0006]a>l = g|￡|tanh(问d) (I)
[0007]其中，d为水深，g为当地重力加速度，? = 2π/λ为波数，λ为海浪波长。若存在
一个相对于雷达天线平台速度的表面流β = (?,-?,.)，其中= + qS。那么引入一个多普勒频移的色散关系变为:
[0008](O = (O0 + k - Li (2 )
[0009]贝Ij
[0010](O = ^,y|/(|tanh(|/(|<;/) +k - U (3 )
[0011]上述为雷达与海表面不存在相对流速与存在相对流速下的色散关系曲线。曲线a为流速为O时的色散关系曲线，它关于纵轴对称。曲线b为存在多普勒频移的色散关系曲线。等高线代表能量的分布。
[0012]根据文献显示，目前已有针对海杂波图像海浪信号提取的基于色散关系的带通滤波器主要分为两大类，即窄带和宽带。在带通滤波器的发展史上，最早出现的是窄带形式的滤波器，随后为了解决窄带滤波器的不足而出现了宽带滤波器。
[0013]窄带滤波器的原理是寻找合适的方法计算出色散关系公式(3)中的流速矢量5，这样色散关系即为已知。由于海浪能量绝大部分分布在色散关系曲线附近，因此通过在色散关系曲线附近设置窄带通，便可以获取真实的海浪信息，滤除噪声干扰。
[0014]最早的窄带通色散关系滤波器是1999年Reichert、Nieto等人提出的。Reichert
等人分别在文献[2-4]中给出了两种思想相似的带通滤波器定义，如公式(4) (5)所示。
[0015]
【权利要求】
1.一种基于新型海浪色散关系带通滤波器进行X波段导航雷达反演海浪参数方法，其特征在于: (1)雷达图像数据采集:采集N幅空间海域杂波连续图像，并同步记录当时船舶的航向和航速信息； (2)雷达图像预处理:选取距离船艏向角度为P，像素为N1*N1的矩形区域作为分析的子图像序列，对矩形区域进行中值滤波，使用最近点插值的方法获取图像笛卡尔坐标； (3)对笛卡尔坐标系下的图像序列应用傅里叶变换，得到雷达图像的三维波数频率图像谱； (4)海浪谱信息提取:使用色散关系带通滤波器对三维波数频率图像谱进行滤波处理，得到三 维海浪图像谱；对该图像谱中的频率域进行积分，得到二维海浪波数图像谱；使用调制传递函数MTF获取二维海浪谱； (5)海浪信息反演:利用海浪谱反演计算得到海浪参数，包括有效波高、波峰周期、波峰峰向。
2.根据权利要求1所述的一种基于新型海浪色散关系带通滤波器进行X波段导航雷达反演海浪参数方法，其特征在于，所述步骤(2)包括: (2.1)选取距离船艏向角度为P，像素为N1*N1的矩形区域作为分析的子图像序列； (2.2)对N幅图像的分析区域按照如下方式进行旋转:
3.根据权利要求1或2所述的一种基于新型海浪色散关系带通滤波器进行X波段导航雷达反演海浪参数方法，其特征在于，所述步骤(4)包括: (4.1)将步骤(1)中记录的航速数据转化到分析区域所在的笛卡尔坐标系下:
【文档编号】G01S13/89GK103969643SQ201410195939
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月9日 优先权日:2014年5月9日
【发明者】卢志忠, 戴运桃, 宋静怡, 卫延波, 沈继红, 王淑娟 申请人:哈尔滨工程大学
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