一种利用小孔径高频雷达海洋回波反演浪高的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114355306A(43)申请公布日2022.04.15(21)申请号202111511344.5(22)申请日2021.12.06(71)申请人武汉大学地址430072湖北省武汉市武昌区珞珈山武汉大学(72)发明人赵晨邓敏陈泽宗丁凡(74)专利代理机构武汉科皓知识产权代理事务所(特殊普通合伙)42222代理人许莲英(51)Int.Cl.G01S7/41(2006.01)权利要求书4页说明书10页附图2页(54)发明名称一种利用小孔径高频雷达海洋回波反演浪高的方法(57)摘要本发明提出了一种利用小孔径高频雷达海洋回波反演浪高的方法，包括以下步骤：获取待测距离环的宽波束回波多普勒谱；提取幅值最大的宽波束一阶谱及其附近宽波束外侧二阶谱，计算两者能量之比；计算海流情况下海浪波矢量幅值，结合雷达系统参数，进一步得到反演系数向量；重复计算获得每一多普勒角频率对应的反演系数向量，合并所有反演系数向量得反演系数矩阵，通过奇异值分解求其伪逆，反演得到无向海浪谱；再对该无向海浪谱积分获得有效浪高。本发明的优点在于，对海流影响不敏感，能够从宽波束回波多普勒谱中准确地反演出无向海浪谱，提升估计浪高参数的准确性，且本发明适用于拥有较小孔径的高频雷达，使用方便，具有发展应用前景。CN114355306ACN114355306A权利要求书1/4页1.一种利用小孔径高频雷达海洋回波反演浪高的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：从小孔径高频雷达的宽波束回波数据中通过两次快速傅里叶变换获取宽波束雷达回波的距离多普勒谱，从宽波束雷达回波的距离多普勒谱中提取出每个待测距离环的宽波束回波多普勒谱；步骤2：从每个待测距离环的宽波束回波多普勒谱中根据谱峰搜索法提取每个待测距离环的幅值最大的宽波束一阶谱，结合每个待测距离环的幅值最大的宽波束一阶谱的峰值角频率，从每个待测距离环的宽波束回波多普勒谱中进一步提取每个待测距离环的幅值最大的宽波束一阶谱附近的宽波束外侧二阶谱，计算每个待测距离环的幅值最大的宽波束一阶谱附近的宽波束外侧二阶谱与每个待测距离环的幅值最大的宽波束一阶谱能量之比；步骤3：对于给定的多普勒角频率、雷达波矢量，采用牛顿迭代法求解等频线方程得到海流情况下与雷达波矢量发生二阶散射的两列海浪波矢量幅值；步骤4：获取小孔径高频雷达的雷达波束与参考方向的多个夹角、小孔径高频雷达的角度分辨率，在小孔径高频雷达的雷达波束与参考方向的多个夹角中筛选出小孔径高频雷达的雷达波束与参考方向最大夹角，进一步结合海流情况下与雷达波矢量发生二阶散射的两列海浪波矢量幅值计算反演系数向量；步骤5：对于幅值最大的宽波束一阶谱附近的宽波束外侧二阶谱对应的多普勒角频率区间内每个给定的多普勒角频率，重复计算所述的步骤3、步骤4得到每一个多普勒角频率对应的反演系数向量，合并每一个多普勒角频率对应的反演系数向量得到最终的反演系数矩阵；步骤6：通过奇异值分解求出反演系数矩阵的伪逆，从每个待测距离环的宽波束回波多普勒谱数据中反演得到每个待测距离环的无向海浪谱；步骤7：对每个待测距离环的无向海浪谱关于波数进行积分得到该待测距离环上的有效浪高。2.根据权利要求1所述的利用小孔径高频雷达海洋回波反演浪高的方法，其特征在于，步骤1所述宽波束雷达回波的距离多普勒谱为：σ(ω,d)其中，ω为多普勒角频率，d为探测海洋区域距雷达的距离；步骤1所述每个待测距离环的宽波束回波多普勒谱为：σ(ω,di),i∈[1,N]其中，σ(ω,di)为第i个待测距离环的宽波束回波多普勒谱，ω为多普勒角频率，di为第i个待测距离环的距离值，N表示待测距离环的数量；步骤1所述从宽波束雷达回波的距离多普勒谱中提取出每个待测距离环的宽波束回波多普勒谱，具体如下：根据小孔径高频雷达系统的距离分辨率等距离划分探测海洋区域，形成多个待测距离环；根据待测距离环表示的距离数值从宽波束雷达回波的距离多普勒谱中提取出每个待测距离环的宽波束回波多普勒谱。3.根据权利要求1所述的利用小孔径高频雷达海洋回波反演浪高的方法，其特征在于，步骤2所述每个待测距离环的幅值最大的宽波束一阶谱为：2CN114355306A权利要求书2/4页(1)σmax(ω,di),i∈[1,N](1)其中，σmax(ω,di)为第i个待测距离环的幅值最大的宽波束一阶谱，ω为多普勒角频率，di为第i个待测距离环的距离值，N表示待测距离环的数量；步骤2所述从每个待测距离环的宽波束回波多普勒谱中根据谱峰搜索法提取每个待测距离环的幅值最大的宽波束一阶谱，具体过程为：首先搜索多普勒角频率范围在a1ωB≤|ω|≤a2ωB区间内第i个待测距离环的宽波束回波多普勒谱的幅值最大值点为第i个待测距离环的幅值最大的宽波束一阶谱的峰