一种利用s波段雷达探测海表面风场的方法
【专利摘要】本发明提供一种利用S波段雷达探测海洋表面风场的方法，包括步骤1、利用S波段雷达收集探测区域海面回波图，对收集的N幅回波图像序列进行三维FFT，得到变换后的图像谱；步骤2、利用相应的滤波技术对图像谱进行滤波，将信号从噪声中分离出来；步骤3、利用三维反FFT以及调制传递函数（MFT）来将三维波数谱转换为频率域的海浪谱；步骤4、对海浪谱进行风浪和涌浪的分离；步骤5、利用光流技术结合加权最小二乘法即可以从分离出风浪的三维谱图中提取出海表面风场信息。本发明为海洋表面风场探测提供了一种新的手段，具有较高的风场测量分辨率以及能形成X波段雷达探测区域内所有海域的风场图，结果直观明了。
【专利说明】—种利用S波段雷达探测海表面风场的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于雷达探测领域，尤其涉及一种利用S波段雷达探测海表面风场的方法。
【背景技术】
[0002]S波段岸基雷达和航海雷达广泛用于海上交通管理和海上航行导航，近三十年来逐步发展成为一种用于海洋环境监测的新手段。为了利用S波段雷达获取海浪场等信息，必须对产生雷达信号后向散射的回波进行研究。由于海表面对雷达来说是一个动态的、不断变化的平面，因而对雷达回波的认识不仅要寻求一个合适的模型来描述海表面的散射特性，而且还要深入了解海洋的复杂运动。对于S波段雷达，电磁波入射到海面上与海面几乎平行，在入射角较大时，海面对电磁波的散射主要是由于海面上与电磁波波长大约为同一量级的Bragg波通过Bragg散射机制产生的。Bragg波又依次在方向、能量和运动上受到更大尺度波的调制，从而使海浪在S波段雷达图像上成像。S波段航海雷达本来仅应用于监测海上移动目标，但雷达回波图像还包含着丰富的海浪信息。S波段雷达监测海面对应于掠入射的情形，海浪的雷达成像理论可分为单点的Bragg共振理论和长波调制理论,Bragg波和长波在成像过程中发挥着不同的作用。Bragg波通过共振机制后向散射电磁波。长波通过调制作用调制Bragg短波，包括阴影调制、倾斜调制、流体动力调制、轨道调制等调制作用。利用上述成像机理，研究雷达图像谱和海浪谱的关系，可以用雷达图像反演得到海浪的统计参数。因此，接收的S波段雷达图像包含着丰富的海浪信息，利用雷达接收的回波信号，可以进行相应的后续反演处理，进而可以得到所观测区域的海洋表面风场等有用的信息。
[0003]传统海面风场探测如风速仪、风向标等都只能得到小区域的风场信息，并且观测手段十分困难。至今为止，并没有利用S波段雷达探测海表面风场的技术。
【发明内容】
[0004]针对【背景技术】存在的问题，本发明提供一种利用S波段雷达探测海表面风场的方法。本发明可适用于岸基S波段雷达以及船载S波段雷达，并且可应用于各种不同S波段雷达机型。利用现有的光流技术和风浪、涌浪分离技术，结合本发明特有的利用频率-波数以及方向-波数的关系对谱进行联合滤波方法，可以得到高精度的海面风场信息。本发明的核心在利用S波段雷达接收的海洋回波信息实时、快速、准确、稳定的反演出整个雷达探测区域海的高分辨率的表面风�。涫视眯怨悖奖憧旖�。本发明可适用于岸基S波段雷达以及船载S波段雷达，并且可应用于各种不同S波段雷达机型。
[0005]本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的:
[0006]一种利用S波段雷达探测海表面风场的方法，包括以下步骤:
[0007]步骤1、利用S波段雷达收集探测区域海面回波图，对收集的N帧回波图像序列进行三维FFT变换，得到图像谱；
[0008]三维FFT变换如下:对待处理矩形区域雷达图像灰度值随时空的分布g(x，y, t)作三维FFT得到反映在波数空间和频率空间的能量分布的图像谱，
[0009]
【权利要求】
1.一种利用S波段雷达探测海表面风场的方法，其特征在于:包括以下步骤， 步骤1、利用S波段雷达收集探测区域海面回波图，对收集的N帧回波图像序列进行三维FFT变换，得到图像谱； 步骤2、对步骤I得到的图像谱，利用频率-波数以及方向-波数的关系来对谱进行联合滤波，得到滤波后的三维波数谱； 步骤3、利用三维反FFT变换以及调制传递函数MFT将步骤2得到的三维波数谱转换为频率域的海浪谱； 步骤4、对步骤3所得海浪谱通过JP方法进行风浪和涌浪的分离，得到分离出风浪的三维谱图； 步骤5:利用光流技术结合加权最小二乘法从步骤4所得的分离出风浪的三维谱图中提取出海表面风场信息。
2.根据权利要求1所述的一种利用S波段雷达探测海表面风场的方法，其特征在于:所述步骤I中，三维FFT变换过程如下: 对待处理矩形区域雷达图像灰度值随时空的分布g(x，y, t)作三维FFT得到在波数空间和频率空间的能量分布，
3.根据权利要求2所述的一种利用S波段雷达探测海表面风场的方法，其特征在于:所述步骤2中利用频率-波数以及方向-波数的关系，找出最接近线性波理论色散方程并且回波信号强度大于基本噪声强度的区域，将信号从噪声中分离出来。
4.根据权利要求3所述的一种利用S波段雷达探测海表面风场的方法，其特征在于:所述步骤3中，三维反FFT变换如下:
Iw(I^t) = 3-FFr1 (MFT*Iw(kx, ky, ω)) 其中，MFT表示调制传递函数。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的一种利用S波段雷达探测海表面风场的方法，其特征在于:所述步骤I中，N的取值为2m，m是大于等于4的正整数。
【文档编号】G01S13/89GK103558600SQ201310573817
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年11月15日 优先权日:2013年11月15日
【发明者】吴雄斌, 王立, 马克涛, 柳剑飞, 皮小珊, 李川 申请人:武汉大学
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