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专利名称：一种基于Chirp Z变换的快速海浪模拟方法
技术领域：
本发明属于海洋遥感技术领域，涉及一种基于Chirp Z变换的快速海浪模拟方法。
背景技术：
SAR(合成孔径雷达)是一种全天时、全天候的高分辨力的微波遥感成像雷达。在 国土测量、地形测绘、海洋及水文观测、战场侦察以及导弹制导等领域发挥着越来越重要的 作用。SAR海洋遥感可以实现对海浪、风场、浅海水下地形、海冰、舰船、海上构造物、溢油的 监测。海浪是一种风生重力波，它是人们十分熟悉的海洋现象。海浪的成因复杂，海浪同 时也是一种十分复杂的现象。研究海浪对海洋工程建设、海洋开发、交通航运、海洋捕捞与 养殖以及军事舰船的航线的设计都有重要的意义。目前比较先进的海浪观测方法为利用星 载SAR接收海浪的回波进行分析。星载SAR海浪遥感的一个重要方向为星载SAR海浪回波 模拟，回波模拟需要首先进行海浪模拟和海浪后向散射系数计算，因此需要进行海浪模拟 算法的研究。目前海浪模拟的算法研究已经取得了一定的进展，有水动力学方法、几何函数法、 分形模拟法以及基于海浪谱的海浪模拟方法。其中基于海浪谱的海浪模拟方法使用从大量 海浪实测数据中分析得到的海浪谱进行线性滤波或者线性叠加得到海浪的起伏，具有良好 的可操作性和贴近实际情况的优点，被广泛地采用。其中Longuet-Higgins提出的基于海 浪谱的线性叠加法是最常用的方法，虽然线性叠加法表达式清晰，易于实现，但是当需要模 拟的海面场景范围较大时(如Im间距25km2的场景)，使用线性叠加法耗时巨大，为仿真、 分析带来诸多不便。因此需要研究一种快速的海浪模拟方法。

发明内容
本发明的目的是为了克服已有技术的缺陷，解决海浪模拟的算法研究中线性叠加 法运算量巨大的问题，提出一种基于Chirp Z变换的快速海浪模拟方法。本发明是通过以下技术方案实现的。本发明的一种基于Chirp Z变换的快速海浪模拟方法，其步骤如下1)通过风速计算一维海浪频谱S ( ω )，一维海浪频谱的表达式为
权利要求
1. 一种基于Chirp Z变换的快速海浪模拟方法，其特征在于步骤如下1)通过风速计算一维海浪频谱S(ω)，一维海浪频谱的表达式为 2 「、4 5(ω) = α^τεχρ -1.25 ^ γ L 2σ ω。J(1)ωV ω ^其中，α为谱形参量，且f \0.5Sα = 0.006 ^(2)U10为海面以上10米高处的平均风速，C0为主波相速度，g为重力加速度，ω为角频率， =谱峰角频率，Y为峰升高因子，σ为峰形参量；2)将步骤1)得到的一维海浪频谱转换为海浪频率方向谱，海浪频率方向谱的表达式为S(co，Φ) = S(Co)G(O)(3)其中，S(co)为一维海浪频谱，6(Φ)为角度Φ对应的方向函数，6(Φ)的表达式为“2 π -COS2 (φ - Φ0),|Φ - Φ0| < —σ(Φ) = Γ"2(4)ο,|<|Φ-Φ0|<^其中，Φο为风向角；3)将步骤2)得到的海浪频率方向谱转换为二维海浪波数谱S(kx，ky)，二维波数谱和频 率方向谱的换算关系如下啦朴键(5)其中，kx, ky分别为海浪在东向和北向的波数；4)由步骤3)得到的二维海浪波数谱经过两次ChirpZ变换模拟海浪起伏，其过程为 首先定义坐标系，将东向定义为χ轴方向，将北向定义为y轴方向，将垂直向上定义为ζ轴方向；二维海浪波数谱经过两次Chirp Z变换模拟海浪起伏，其计算式为(M-lN -1]eJ& ^e风1 ^^2S(kx(m),ky(n)^kxAky ·e 丨(6)m=Q n=0J其中，z(x，y)为海浪的起伏，Real { · }为取复数实部函数，θ为补偿相位，Akx，Aky 分别为东向和北向的波数间隔，Μ，N分别为东向和北向的波数采样点数，x，y分别为东向和 北向的海面坐标，Φωη为随机相位。
全文摘要
本发明属于海洋遥感技术领域，涉及一种基于Chirp Z变换的快速海浪模拟方法。其步骤包括通过风速计算一维海浪频谱、将一维海浪频谱转换为海浪频率方向谱、将海浪频率方向谱转换为二维海浪波数谱和将二维海浪波数谱经过两次Chirp Z变换模拟海浪起伏。本发明相对于现有技术，能够有效地降低运算量，节约仿真时间。
文档编号G01S7/41GK102141612SQ201010623580
公开日2011年8月3日 申请日期2010年12月30日 优先权日2010年12月30日
发明者丁泽刚, 孙晗伟, 曾涛, 杨文付, 王建平, 董锡超 申请人:北京理工大学