一种高频天地波雷达海洋表面流反演方法.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CN107607936A(43)申请公布日2018.01.19(21)申请号201710775319.5(22)申请日2017.08.31(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)发明人吴雄斌李苗张兰岳显昌(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代理人赵丽影代文成(51)Int.Cl.G01S13/02(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图3页(54)发明名称一种高频天地波雷达海洋表面流反演方法(57)摘要本发明公开一种基于傅里叶级数展开的高频天地波雷达海洋表面流反演算法，该方法为天地波超视距雷达面临的电离层倾斜、反射点高度难以确定、多普勒污染严重等问题提供了一个有效的解决方案。考虑到不同散射元对应的反射高度、电离层倾斜角的不同，提出傅里叶级数展开算法用以提取天波模式下各散射元的一阶Bragg频率，再利用多站组网接收模式遍历搜索公共散射元，从而求解出各个散射元对应的俯仰角和双基地角，实现精准定位。本发明摆脱了无倾斜平面电离层的假设，去除了由于电离层倾斜和反射点高度变化引起的探测误差，为天地波模式下海洋动力学参数的反演提供了一个新颖的反演算法，并提高了探测精度。CN107607936ACN107607936A权利要求书1/2页1.一种高频天地波雷达海洋表面流反演方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：海洋回波数据预处理；步骤2：将一阶Bragg散射频率fB和由径向流产生的多普勒偏移量Δf分别用傅里叶级数展开为关于群距离r和波达方向θ的函数；步骤3：根据海洋回波的散射传播机理和多普勒效应建立线性方程组，最小二乘拟合求解超定方程，提取一阶Bragg频率；步骤4：双站遍历搜索公共散射元，求解双基地角和俯仰角；步骤5：联立双站的径向流结果以及投影关系，合成天地波模式下的矢量流。2.根据权利要求1所述的一种高频天地波雷达海洋表面流反演方法，其特征在于：所述步骤1，高频天地波雷达接收到的海洋回波经过匹配滤波和傅里叶变换得到距离多普勒谱，数据预处理包括：通道校准、谱区划分及DOA估计，得到群距离r、波达方向θ和海洋回波的谱点信息f+/f-。3.根据权利要求2所述的一种高频天地波雷达海洋表面流反演方法，其特征在于：所述步骤2中将fB和Δf用傅里叶级数展开是基于海洋状态的不确定性可以用正弦函数的叠加来拟合的特性，fB和Δf可看作是关于r和θ的非周期性函数，其展开形式为：其中，P1,P2是Δf傅里叶展开的阶数，Q1,Q2是fB傅里叶展开的阶数,ε1和ε2分别为Δf和fB傅里叶级数展开的残余量；其中，k＝1,2,3,4x1,mn＝amn,x2,mn＝bmn,x3,mn＝cmn,x4,mn＝dmn；y1,mn＝αmn,y2,mn＝βmn,y3,mn＝γmn,y4,mn＝ηmn；4.根据权利要求3所述的一种高频天地波雷达海洋表面流反演方法，其特征在于：所述步骤3中海洋回波谱分布在零频两侧，且满足如下关系式：2CN107607936A权利要求书2/2页其中，f+和f-分别是正负一阶海洋回波的谱点；将步骤2中所述fB和Δf的傅里叶级数展开式带入上式，得到如下超定方程组：其中，A和Β分别是Δf和fB的傅里叶级数展开系数矩阵,下标的正负号分别对应正谱点和负谱点，最小二乘求解超定方程组，提取fB的结果为：TfBinversion＝[B+YB-Y]。5.根据权利要求4所述的一种高频天地波雷达海洋表面流反演方法，其特征在于：所述最小二乘求解过程包括：减小fB的展开阶数，增大Δf的展开阶数；得到fB和Δf的展开阶数经验值为：P1＝3，P2＝7，Q1＝Q2＝3。6.根据权利要求4所述的一种高频天地波雷达海洋表面流反演方法，其特征在于：所述步骤4中遍历搜索公共散射元是利用两站雷达数据群距离的差值进行匹配；假设对应散射元S，雷达接收站A的群距离为G1，雷达接收站B的群距离为G2；散射元S到雷达接收站A的实际距离为R1，到雷达接收站B的实际距离为R2；在假设空中传播路径相同的情况下，群距离与散射元实际距离应满足下式：R1-R2＝G1-G2傅里叶级数展开法确定两个雷达接收站的一阶Bragg频率fB1和fB2，联立求解俯仰角γ和双基地角β1和β2，并计算出散射元的实际距离R。7.根据权利要求6所述的一种高频天地波雷达海洋表面流反演方法，其特征在于：所述步骤5中解如下方程组，合成天地波模式下的矢量流v：其中κ1和κ2分别为两个接收站Bragg散射方向的分量流vb1和vb2与矢量流方向的夹角，κ是分量流vb1和vb2的夹角。3CN107607936A说明书1/7页一种高频天地波雷达海洋表面流反演方法技术领域[0001]本发明属于雷达技术领