一种利用多频率高频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CN112986946A(43)申请公布日2021.06.18(21)申请号202110352889.X(22)申请日2021.04.01(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李健(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5页说明书10页附图3页(54)发明名称一种利用多频率高频雷达海洋回波反演无向海浪谱的方法(57)摘要本发明公开了一种利用多频率高频雷达海洋回波反演无向海浪谱的方法，包括以下步骤：划分扇形待测海洋单元；提取单一频率高频雷达的扇形待测海洋单元回波多普勒谱的较强侧一阶峰；并分离出对应的外二阶谱区域，计算该区域与较强侧一阶峰能量的比值；对该外二阶谱区域线性化，获取单频率雷达海洋回波的无向海浪谱系数矩阵；对于不同的雷达发射频率，重复上述步骤，得到多频率雷达海洋回波的无向海浪谱系数矩阵，通过奇异值分解求解其伪逆，反演无向海浪谱。本发明的优点在于，能够适应海况条件变化大的复杂多变海洋环境，满足多种海况下精确反演无向海浪谱的需要，解决了传统单一频率高频雷达反演无向海浪谱精确度不高，性能受海况限制的问题。CN112986946ACN112986946A权利要求书1/5页1.一种利用多频率高频雷达海洋回波反演无向海浪谱的方法，其特征在于，步骤1：根据单一频率高频雷达参数决定的距离分辨率和角度分辨率，将雷达探测区域等间距、等角度划分为多个扇形待测海洋单元；步骤2：将单一频率高频雷达获取的原始回波数据依次通过第一次FFT距离变换处理，第二次FFT多普勒变换处理、数字波束形成运算，得到扇形待测海洋单元的回波多普勒谱，通过谱峰搜索的方法从扇形待测海洋单元的回波多普勒谱中提取正一阶峰、负一阶峰，并(1)选取峰值较大的一阶峰即为较强侧一阶峰，记为σR(w)；步骤3：提取单一频率高频雷达的扇形待测海洋单元的回波多普勒谱的二阶谱，进而根据多普勒频率范围分离出较强侧一阶峰的外二阶谱区域；步骤4：计算单一频率高频雷达的扇形待测海洋单元中回波多普勒谱的较强侧一阶峰的外二阶谱区域与较强侧一阶峰能量的比值Rf(w)；步骤5：根据一阶和二阶谱方程，对在较强侧一阶峰附近外二阶谱区域能够被线性化的范围内的外二阶谱区域线性化，以计算单一频率高频雷达海洋回波的无向海浪谱系数矩阵；步骤6：本发明中涉及的多频率高频雷达系统可获得多个频率的雷达海洋回波，联合不同频率的雷达海洋回波，重复上述步骤2到步骤5，并将得到的较强侧一阶峰的外二阶谱区域与较强侧一阶峰能量的比值Rf(w)、无向海浪谱系数矩阵Af分别依次合并为矩阵R和矩阵A；步骤7：采用奇异值分解的方式求解融合多频率雷达海洋回波后的无向海浪谱系数矩阵A的伪逆，进而反演出无向海浪谱。2.根据权利要求1所述的利用多频率高频雷达海洋回波反演无向海浪谱的方法，其特征在于，步骤2所述扇形待测海洋单元的回波多普勒谱定义为：σ(w)，w表示由海浪相对雷达运动产生的海浪多普勒频率，σ(w)表示不同海浪多普勒频率w处的海浪能量分布情况；通过谱峰搜索的方法从扇形待测海洋单元的回波多普勒谱中提取正一阶峰、负一阶峰；一阶峰σ(1)(ω)定义为当海浪波长为雷达波长一半且海浪指向或背离雷达传播，产生Bragg散射，进而形成回波多普勒谱中以零频为中心大致对称的两个尖峰；具体步骤为:搜索扇形待测海洋单元的回波多普勒谱[0.6ωB,1.4ωB](为Bragg频率，其中k0为高频雷达发射频率对应的波数)的多普勒频率区间内幅值最大点作为正一阶峰的峰值点，正一阶峰的峰值点对应多普勒频率记为ωP+；向正一阶峰的峰值点内侧，即频率区间满足ωP+‑0.2ωB≤ω＜ωP+的多普勒谱区域，搜索局部极小值点，正一阶峰的峰值点内侧局部极小值点对应多普勒频率记为ωL+；向正一阶峰的峰值点外侧，即频率区间满足ωP+＜ω≤0.2ωB+ωP+的多普勒谱区域，搜索局部极小值点，正一阶峰的峰值点外侧局部极小值点对应多普勒频率记为ωR+；截取多普勒频率在[ωL+,ωR+]区间内的扇形待测海洋单元的回波多普勒谱作为正一阶峰；搜索扇形待测海洋单元的回波多普勒谱[‑1.4ωB,‑0.6ωB]的多普勒频率区间内幅值最大点作为负一阶峰的峰值点，负一阶峰的峰值点对应多普勒频率记为ωP‑；2CN112986946A权利要求书2/5页向负一阶峰的峰值点内侧，即频率区间满足ωP‑＜ω≤ωP‑+0.2ωB的多普勒谱区域，搜索局部极小值点，负一阶峰的峰值点内侧局部极小值点对应多普勒频率记为ωL‑；向负一阶峰的峰值点外侧，即频率区间满足ωP‑‑0.2ωB≤ω＜ωP‑