一种双基地高频地波雷达海洋回波反演无向海浪谱的方法.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CN113900096A(43)申请公布日2022.01.07(21)申请号202111053482.3(22)申请日2021.09.09(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)发明人赵晨丁凡陈泽宗邓敏(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.G01S13/89(2006.01)权利要求书5页说明书10页附图2页(54)发明名称一种双基地高频地波雷达海洋回波反演无向海浪谱的方法(57)摘要本发明提供了一种双基地高频地波雷达海洋回波反演无向海浪谱的方法。本发明首先对窄波束双基地高频地波雷达原始回波数据进行处理得到离散化回波多普勒谱数据，然后从离散化回波多普勒谱数据中构建比值列向量和海洋散射系数矩阵。最后，通过奇异值分解计算海洋散射系数伪逆矩阵，并且将所求海洋散射系数伪逆矩阵与比值列向量进行矩阵乘法运算得到离散化无向海浪谱。CN113900096ACN113900096A权利要求书1/5页1.一种双基地高频地波雷达海洋回波反演无向海浪谱的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，选取工作频率为f0的窄波束双基地高频地波雷达原始回波数据，将窄波束双基地高频地波雷达原始回波数据通过傅里叶变换进行处理，得到L个距离元上、长度为N的离散化雷达回波多普勒谱，以构建离散化多普勒频率向量；步骤2，根据雷达距离分辨率和需要获取海浪谱信息的对应地理位置对应的距离，计算选取的雷达距离元上的多普勒谱数据；步骤3，计算选取的雷达距离元对应的散射角；步骤4，计算布拉格频率，在选取的雷达距离元上的多普勒谱数据中分别搜索正一阶峰多普勒频率对应的正一阶峰数据点，以及负一阶峰多普勒频率对应的负一阶峰数据点，结合雷达多普勒分辨率分别计算正一阶峰能量以及负一阶峰能量；步骤5，将步骤2所述选取的雷达距离元上的多普勒谱数据通过采样平均方法估算得到选取的雷达距离元上的多普勒谱数据包含的噪声的功率；步骤6，将离散化多普勒频率向量中满足多普勒频率不等式条件的多个多普勒频率点构建预筛选多普勒频率向量，选取的雷达距离元上的多普勒谱数据结合预筛选多普勒频率向量构建预筛选数据向量；步骤7，计算预筛选数据向量中每个功率对应的信噪比，从预筛选数据向量中选择满足一定信噪比的数据点构成反演数据向量，进一步构建反演多普勒频率向量；步骤8，结合反演多普勒频率向量，依次计算反演数据向量中每个数据点对应的比值，通过所述数据点对应的比值构建比值列向量；步骤9，计算海洋散射系数矩阵，将海洋散射系数矩阵利用奇异值分解计算得到海洋散射系数伪逆矩阵，进一步通过矩阵计算得到离散化无向海浪谱。2.根据权利要求1所述的双基地高频地波雷达海洋回波反演无向海浪谱的方法，其特征在于，步骤1所述L个距离元上、长度为N的离散化雷达回波多普勒谱，表示为L行N列的矩阵，具体定义为：其中，l∈[1,L]，n∈[1,N]，矩阵第l行第n列位置上的元素σl,n表示第l个距离元上第n个离散化雷达回波多普勒谱数据；矩阵中第n列上任一元素σl,n对应的多普勒频率fd都相同并且表示为那么上述矩阵任意一行离散化回波多普勒谱数据对应的多普勒频率组成步骤1所述的离散化多普勒频率向量3.根据权利要求1所述的双基地高频地波雷达海洋回波反演无向海浪谱的方法，其特征在于，步骤2所述计算选取的雷达距离元序号为：2CN113900096A权利要求书2/5页其中，ΔS表示雷达距离分辨率，S表示需要获取海浪谱信息的对应地理位置对应的距离，表示取整函数；步骤2所述选取的第l*个雷达距离元上的多普勒谱数据为：其中，表示选取的第l*个雷达距离元上的多普勒谱数据中第n个数据，n∈[1,N]，N表示选取的雷达距离元上的多普勒谱数据的长度。4.根据权利要求1所述的双基地高频地波雷达海洋回波反演无向海浪谱的方法，其特征在于，步骤3所述计算选取的雷达距离元对应的散射角为：**其中，表示第l个雷达距离元对应的散射角，ST表示第l个雷达距离元与双基地高频*地波雷达发射机之间的距离，SR表示第l个雷达距离元与接收机之间的距离，S0表示双基地高频地波雷达发射机与接收机之间的直线距离。5.根据权利要求1所述的双基地高频地波雷达海洋回波反演无向海浪谱的方法，其特征在于，步骤4所述计算布拉格频率为：其中，表示步骤3中计算出的第l*个雷达距离元对应的散射角，g表示重力加速度，c为光速，f0表示雷达工作频率；步骤4所述选取正一阶峰数据点和负一阶峰数据点的具体方法为：首先从步骤1所述的离散化多普勒频率向量中挑选出来多普勒频率的两个数据点并记录位置序号n1和n2，然后从步骤2所选多普勒谱数据中挑选出正一阶峰数据点并且挑选出负一阶峰数