一种基于一二阶峰比值的高频地波雷达浪场形成方法.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CN109085556A(43)申请公布日2018.12.25(21)申请号201811003802.2(22)申请日2018.08.30(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)发明人文必洋田震田应伟(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代理人薛玲(51)Int.Cl.G01S7/41(2006.01)权利要求书3页说明书7页附图4页(54)发明名称一种基于一二阶峰比值的高频地波雷达浪场形成方法(57)摘要本发明提出一种基于一二阶峰比值的高频地波雷达浪场形成方法。从回波多普勒谱中划分出一阶峰区域；求各距离的一阶峰和对应的二阶峰的功率比，以及一阶峰到达角；通过基准浮标的波高数据，结合基准浮标位置的功率比，建立基准功率比-波高模型；根据衰减模型对各距离的功率比-波高模型进行校正得到校正后功率比-波高模型；将各距离的功率比带入到校正后功率比-波高模型，得到各距离波高；通过对各距离波高的插值和平滑，得到最终浪场。本发明优点在于，空间分辨率好，测量精度高；浪场的结果更加稳健。CN109085556ACN109085556A权利要求书1/3页1.一种基于一二阶峰比值的高频地波雷达浪场形成方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：从回波多普勒谱中划分出一阶峰区域；步骤2：求各距离的一阶峰和对应的二阶峰的功率比，以及一阶峰到达角；步骤3：通过基准浮标的波高数据，结合基准浮标位置的功率比，建立基准功率比-波高模型；步骤4：根据衰减模型对各距离的功率比-波高模型进行校正得到校正后功率比-波高模型；步骤5：将各距离的功率比带入到校正后功率比-波高模型，得到各距离波高；步骤6：通过对各距离波高的插值和平滑，得到最终浪场。2.根据权利要求1所述的基于一二阶峰比值的高频地波雷达浪场形成方法，其特征在于：步骤1所述的一阶峰区域划分方法为差谱法：雷达回波信号做两次快速傅里叶变换得到的数据即为雷达回波多普勒谱，定义为pn，其中n∈[1,N]，N为雷达回波多普勒的点数，归一化是指对于所有雷达回波多普勒频率进行归一化，即除以布拉格频率：其中，为第n点的归一化雷达回波多普勒频率，fn为第n点的雷达回波多普勒频率，为布拉格频率，该频率大小由雷达工作频率决定；对于归一化的雷达回波多普勒谱，采用后一个点减去前一个点得到差谱：其中，Δpn为第n个采样点差谱，pn为第n个采样点雷达回波多普勒谱，N为雷达回波多普勒频率采样点的数量，选取Δpnn∈[1,N]中极大值和极小值之间的雷达回波多普勒谱[pL,pH]为一阶峰区域，对应的多普勒频率为[fL,fH]，对应的所测浪高相对于雷达的距离为[RL,RH]。3.根据权利要求1所述的基于一二阶峰比值的高频地波雷达浪场形成方法，其特征在于：步骤2所述的功率比计算方法为：通过归一化频率与一阶峰相差0.414的二阶峰的能量，与对应一阶峰能量求比值，得到各距离的功率比，对于高频雷达，一阶峰能量可表示为一阶散射截面，二阶峰能量可表示为二阶散射截面，用于表示一阶峰能量的一阶散射截面为：用于表示二阶峰能量的二阶散射截面为：2CN109085556A权利要求书2/3页其中，k0表示雷达的波数，m为一阶散射截面求和系数，m1为二阶散射截面第一求和系数，m2为二阶散射截面第二求和系数，ω为多普勒角频率，g为重力加速度，ωB为布拉格角频率，其大小取决于雷达工作频率，Γ为耦合系数，k1为第一列海浪的波数，k2为第二列海浪的波数，δ(.)为冲激函数,s(.)为海浪谱；因此，功率比可以表示为：其中，σ1为归一化后一阶峰能量，σ2为归一化后二阶峰能量；对于[fL,fH]，其功率比分别为[RSBL,RSBH]；步骤2所述的到达角计算为：在雷达回波多普勒普的一阶峰区域[pL,pH]内，搜索信噪比大于α的信号，将信噪比大于α的信号输入到MUSIC估计器中，输出的MUSIC谱通过谱峰搜索方法得到谱最大值对应的方向DOAk即为回波多普勒谱pk的到达角方向，MUSIC估计器中分别计算得到一系列MUSIC谱所有MUSIC谱的最大值对应的方向[DOAL,DOAH]即为所求的到达角方向。4.根据权利要求1所述的基于一二阶峰比值的高频地波雷达浪场形成方法，其特征在于：步骤3中所述基准浮标置于雷达距离R0，方位角为DOA0的位置，测量得到的波高数据为基准浮标的波高数据h0，建立基准功率比-波高模型为：通过最小二乘拟合实现模型的建立，取基准浮标的波高数据h0，根据步骤2中所述功率比[RSBL,RSBH]范围内，选择DOAk∈[DOAL,DOAH]与DOA0相同且Rk∈[RL,RH]与R0相同的雷达回波多普勒普的功率比RSBk进行最小二乘拟合，拟合得