一種利用s波段雷達探測海表面風(fēng)場的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種利用S波段雷達探測海洋表面風(fēng)場的方法，包括步驟1、利用S波段雷達收集探測區(qū)域海面回波圖，對收集的N幅回波圖像序列進行三維FFT，得到變換后的圖像譜；步驟2、利用相應(yīng)的濾波技術(shù)對圖像譜進行濾波，將信號從噪聲中分離出來；步驟3、利用三維反FFT以及調(diào)制傳遞函數(shù)（MFT）來將三維波數(shù)譜轉(zhuǎn)換為頻率域的海浪譜；步驟4、對海浪譜進行風(fēng)浪和涌浪的分離；步驟5、利用光流技術(shù)結(jié)合加權(quán)最小二乘法即可以從分離出風(fēng)浪的三維譜圖中提取出海表面風(fēng)場信息。本發(fā)明為海洋表面風(fēng)場探測提供了一種新的手段，具有較高的風(fēng)場測量分辨率以及能形成X波段雷達探測區(qū)域內(nèi)所有海域的風(fēng)場圖，結(jié)果直觀明了。
【專利說明】—種利用S波段雷達探測海表面風(fēng)場的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于雷達探測領(lǐng)域，尤其涉及一種利用S波段雷達探測海表面風(fēng)場的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]S波段岸基雷達和航海雷達廣泛用于海上交通管理和海上航行導(dǎo)航，近三十年來逐步發(fā)展成為一種用于海洋環(huán)境監(jiān)測的新手段。為了利用S波段雷達獲取海浪場等信息，必須對產(chǎn)生雷達信號后向散射的回波進行研究。由于海表面對雷達來說是一個動態(tài)的、不斷變化的平面，因而對雷達回波的認識不僅要尋求一個合適的模型來描述海表面的散射特性，而且還要深入了解海洋的復(fù)雜運動。對于S波段雷達，電磁波入射到海面上與海面幾乎平行，在入射角較大時，海面對電磁波的散射主要是由于海面上與電磁波波長大約為同一量級的Bragg波通過Bragg散射機制產(chǎn)生的。Bragg波又依次在方向、能量和運動上受到更大尺度波的調(diào)制，從而使海浪在S波段雷達圖像上成像。S波段航海雷達本來僅應(yīng)用于監(jiān)測海上移動目標(biāo)，但雷達回波圖像還包含著豐富的海浪信息。S波段雷達監(jiān)測海面對應(yīng)于掠入射的情形，海浪的雷達成像理論可分為單點的Bragg共振理論和長波調(diào)制理論,Bragg波和長波在成像過程中發(fā)揮著不同的作用。Bragg波通過共振機制后向散射電磁波。長波通過調(diào)制作用調(diào)制Bragg短波，包括陰影調(diào)制、傾斜調(diào)制、流體動力調(diào)制、軌道調(diào)制等調(diào)制作用。利用上述成像機理，研究雷達圖像譜和海浪譜的關(guān)系，可以用雷達圖像反演得到海浪的統(tǒng)計參數(shù)。因此，接收的S波段雷達圖像包含著豐富的海浪信息，利用雷達接收的回波信號，可以進行相應(yīng)的后續(xù)反演處理，進而可以得到所觀測區(qū)域的海洋表面風(fēng)場等有用的信息。
[0003]傳統(tǒng)海面風(fēng)場探測如風(fēng)速儀、風(fēng)向標(biāo)等都只能得到小區(qū)域的風(fēng)場信息，并且觀測手段十分困難。至今為止，并沒有利用S波段雷達探測海表面風(fēng)場的技術(shù)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]針對【背景技術(shù)】存在的問題，本發(fā)明提供一種利用S波段雷達探測海表面風(fēng)場的方法。本發(fā)明可適用于岸基S波段雷達以及船載S波段雷達，并且可應(yīng)用于各種不同S波段雷達機型。利用現(xiàn)有的光流技術(shù)和風(fēng)浪、涌浪分離技術(shù)，結(jié)合本發(fā)明特有的利用頻率-波數(shù)以及方向-波數(shù)的關(guān)系對譜進行聯(lián)合濾波方法，可以得到高精度的海面風(fēng)場信息。本發(fā)明的核心在利用S波段雷達接收的海洋回波信息實時、快速、準確、穩(wěn)定的反演出整個雷達探測區(qū)域海的高分辨率的表面風(fēng)場，其適用性廣，方便快捷。本發(fā)明可適用于岸基S波段雷達以及船載S波段雷達，并且可應(yīng)用于各種不同S波段雷達機型。
[0005]本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的:
[0006]一種利用S波段雷達探測海表面風(fēng)場的方法，包括以下步驟:
[0007]步驟1、利用S波段雷達收集探測區(qū)域海面回波圖，對收集的N幀回波圖像序列進行三維FFT變換，得到圖像譜；
[0008]三維FFT變換如下:對待處理矩形區(qū)域雷達圖像灰度值隨時空的分布g(x，y, t)作三維FFT得到反映在波數(shù)空間和頻率空間的能量分布的圖像譜，
[0009]
【權(quán)利要求】
1.一種利用S波段雷達探測海表面風(fēng)場的方法，其特征在于:包括以下步驟， 步驟1、利用S波段雷達收集探測區(qū)域海面回波圖，對收集的N幀回波圖像序列進行三維FFT變換，得到圖像譜； 步驟2、對步驟I得到的圖像譜，利用頻率-波數(shù)以及方向-波數(shù)的關(guān)系來對譜進行聯(lián)合濾波，得到濾波后的三維波數(shù)譜； 步驟3、利用三維反FFT變換以及調(diào)制傳遞函數(shù)MFT將步驟2得到的三維波數(shù)譜轉(zhuǎn)換為頻率域的海浪譜； 步驟4、對步驟3所得海浪譜通過JP方法進行風(fēng)浪和涌浪的分離，得到分離出風(fēng)浪的三維譜圖； 步驟5:利用光流技術(shù)結(jié)合加權(quán)最小二乘法從步驟4所得的分離出風(fēng)浪的三維譜圖中提取出海表面風(fēng)場信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用S波段雷達探測海表面風(fēng)場的方法，其特征在于:所述步驟I中，三維FFT變換過程如下: 對待處理矩形區(qū)域雷達圖像灰度值隨時空的分布g(x，y, t)作三維FFT得到在波數(shù)空間和頻率空間的能量分布，
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種利用S波段雷達探測海表面風(fēng)場的方法，其特征在于:所述步驟2中利用頻率-波數(shù)以及方向-波數(shù)的關(guān)系，找出最接近線性波理論色散方程并且回波信號強度大于基本噪聲強度的區(qū)域，將信號從噪聲中分離出來。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種利用S波段雷達探測海表面風(fēng)場的方法，其特征在于:所述步驟3中，三維反FFT變換如下:
Iw(I^t) = 3-FFr1 (MFT*Iw(kx, ky, ω)) 其中，MFT表示調(diào)制傳遞函數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項所述的一種利用S波段雷達探測海表面風(fēng)場的方法，其特征在于:所述步驟I中，N的取值為2m，m是大于等于4的正整數(shù)。
【文檔編號】G01S13/89GK103558600SQ201310573817
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月15日
【發(fā)明者】吳雄斌, 王立, 馬克濤, 柳劍飛, 皮小珊, 李川 申請人:武漢大學(xué)
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