[發明專利]一種基于徑向基神經網絡的海浪有效波高反演模型建模方法

無效

• 申請號: 201110031278.1
• 申請日: 2011-01-28
• 公開（公告）號: CN102103708A
• 公開（公告）日: 2011-06-22
• 發明（設計）人: 劉利強;戴運桃;盧忐忠;范志超
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G06N3/08
• 分類號: G06N3/08
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 官漢增

技術領域

本發明屬于海浪參數反演技術領域，具體涉及的是一種基于徑向基神經網絡的海浪有效波高反演模型建模方法。

背景技術

海浪是一種與人類關系最直接、最密切的海洋現象，其波高、波向、波周期等因素對航運、港口、以及海上石油平臺的安全都具有非常重要的意義。船用X波段導航雷達回波形成的海雜波圖像中包含豐富的海浪信息，可以利用雷達的回波強度反演海浪譜和海浪參數。1985年，Young等人首次提出了根據“海雜波”雷達圖像序列提取海浪信息的方法。該方法一經發現，就引起了人們的極大興趣。在此后10年間，Zimer、Rosenthal和Günther等人也紛紛開展了基于X波段導航雷達的海浪信息反演研究工作。1995年，德國GKSS實驗室研制出了基于導航雷達的海浪監測系統WaMoS(Wave?Monitoring?System)；1996年，挪威Miros公司也研制出了類似的產品WAVEX。除以上主流研究機構外，目前美國、日本、丹麥、中國也在積極從事該方面的研究。

有效波高是海浪信息的一種。由于海浪成像機制的非線性，利用X波段雷達圖像進行海浪參數反演時，只能獲得海浪譜能量的相對值，難以直接獲取海浪有效波高。1982年，Alpers和Hasselmann提出了利用合成孔徑雷達(SAR)信息估計有效波高的方法，該方法認為有效波高與雷達圖像信噪比的平方根存在線性關系，可建立線性模型，通過計算得到雷達圖像信噪比的平方根，進而根據線性模型得到有效波高。1994年，Ziemer和Günther將該方法推廣到X波段導航雷達圖像，計算獲取了有效波高。到目前為止，該方法一直被作為基于X波段導航雷達圖像有效波高的標準反演方法而使用。其線性模型如公式(1)和公式(2)所示：

Hs=A+B*SNR---(1)]]>

SNR＝SIG/BGN????????????????????????????????(2)

其中，Hs是有效波高，A和B是待定系數，SNR是雷達圖像的信噪比，SIG是海浪波譜的能量，BGN是背景噪聲的能量。

在實際使用中發現，由于信噪比的計算方法不同，雷達系統的差異，以及海域的環境差異等因素，雖然海浪有效波高是隨著雷達圖像信噪比的增大而增大，但在整個變化范圍內，海浪有效波高與雷達圖像信噪比的平方根之間并不是完全線性的。因此，采用線性模型表達雷達圖像信噪比的平方根與海浪有效波高之間的關系是不準確的。

針對這一問題，2009年，中國海洋大學的段華敏和王劍提出了分段線性化反演模型，將有效波高分為低波高和高波高兩個區域，每個區域分別采用各自的線性模型表達。這種分段線性化反演模型的基本思想與線性模型的思想是相同的。雖然分段線性化反演模型在有效波高反演精度上較線性模型有所改善，但仍然存在一些問題。例如，在整個有效波高變化范圍內是應該分成兩段線性化還是多段線性化，在何處進行分段，分段的各線段如何連接等。而且，在兩條分段線段的連接區域是折線形式，并不是光滑的，這也會導致有效波高反演精度的降低。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提出一種基于徑向基神經網絡的海浪有效波高反演模型建模方法。本發明公開的方法區別于現有方法的顯著特征在于：認為海浪有效波高是隨著雷達圖像信噪比平方根增加而增加的，但二者之間是非線性的，利用徑向基神經網絡的萬能逼近特性學習并建立海浪有效波高與雷達圖像信噪比平方根之間的關系，從而得到一個海浪有效波高反演模型，提高海浪有效波高與雷達圖像信噪比平方根之間的相關度，進而提高使用雷達圖像信噪比平方根反演海浪有效波高的精度。

本發明提出一種基于徑向基神經網絡的海浪有效波高反演模型建模方法，具體包括以下幾個步驟：

步驟1、利用徑向基神經網絡建立海浪有效波高反演模型基本結構。