[發(fā)明專(zhuān)利]基于水面狀態(tài)連續(xù)成像系統(tǒng)的小波浪浪高提取方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710324653.9
• 申請(qǐng)日: 2017-05-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106970373B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王立;成云飛;祝博薈;鮑逸明;黃思婕;馮宗偉;王武
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 公安部第三研究所
• 主分類(lèi)號(hào): G01S7/41
• 分類(lèi)號(hào): G01S7/41;G01S7/48
• 代理公司: 上海智信專(zhuān)利代理有限公司 31002
• 代理人: 王潔;鄭暄

本發(fā)明涉及基于水面狀態(tài)連續(xù)成像系統(tǒng)的小波浪浪高提取方法，包括以下步驟：(1)利用水面狀態(tài)連續(xù)成像系統(tǒng)收集探測(cè)區(qū)域的波浪回波，并且對(duì)回波進(jìn)行采樣以及成像，組成N幀(32到128幀)回波圖像序列；(2)確定常高波浪回波滿足的威布爾分布模型參數(shù)從而獲取小波浪回波峰度與常高波浪回波滿足的威布爾分布峰度之間的偏差；(3)獲取小波浪回波紋理視在特性比；(4)根據(jù)偏差與回波紋理視在特性比確定小波浪浪高提取模型中的浪高因子；(5)獲取小波浪浪高數(shù)據(jù)，并對(duì)浪高因子進(jìn)行線性擬合，得到小波浪浪高提取模型的經(jīng)驗(yàn)校正常數(shù)，從而獲取小波浪浪高提取模型。本發(fā)明簡(jiǎn)單高效，占用資源少，適用于各種型號(hào)的雷達(dá)、紅外以及可見(jiàn)光成像系統(tǒng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無(wú)線電的遙感技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及水面狀態(tài)連續(xù)成像系統(tǒng)的水面遙感技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種基于水面狀態(tài)連續(xù)成像系統(tǒng)的小波浪浪高提取方法。

背景技術(shù)

水面狀態(tài)包括湖面、海面以及河面狀態(tài)，隨著科技的發(fā)展和人類(lèi)對(duì)新能源、遠(yuǎn)洋的探索興趣和需求的增大，對(duì)湖面、河面以及海面的狀態(tài)遙感技術(shù)也日漸成為科學(xué)家們的研究熱點(diǎn)。

以X波段雷達(dá)海浪遙感觀測(cè)為例，目前，傳統(tǒng)的海上X波段導(dǎo)航雷達(dá)被廣泛應(yīng)用于對(duì)海面的遙感探測(cè)，所謂X波段雷達(dá)(X Band Radar，簡(jiǎn)寫(xiě)為XBR)是對(duì)火控、目標(biāo)跟蹤雷達(dá)的統(tǒng)稱(chēng)，其發(fā)出的波長(zhǎng)在3厘米以下，該雷達(dá)能夠360度旋轉(zhuǎn)偵查各個(gè)方向的目標(biāo)。

隨著全世界范圍內(nèi)對(duì)海洋重視程度的與日俱增，海洋監(jiān)測(cè)能力逐步成為了各個(gè)國(guó)家實(shí)力的直接體現(xiàn)，對(duì)海洋環(huán)境實(shí)現(xiàn)全方位、多手段的立體監(jiān)測(cè)，可以使人類(lèi)及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握海洋自身運(yùn)動(dòng)變化的規(guī)律，以滿足軍事和民用兩方面的需求。海洋參數(shù)的提取與分析對(duì)港口安全、海洋氣候研究、海洋資源開(kāi)發(fā)、海洋軍事等有著廣泛的意義。海洋參數(shù)主要包含浪高、浪周期、浪向等這些與海浪有著直接以及直觀聯(lián)系的數(shù)值信息，而浪高也稱(chēng)為波高，指的是海浪相鄰的波峰和波谷間的垂直距離。雷達(dá)觀測(cè)浪高主要為有效浪高，它表示為將波列中的波高由大到小依次排列，其中最大的1/3波高部分的平均值。作為高效的海洋觀測(cè)方式之一，X波段雷達(dá)以其高時(shí)空分辨率、輕便靈巧、市場(chǎng)占有率高等特點(diǎn)逐步成為了一種重要的主動(dòng)式海洋遙感手段。X波段電波在隨機(jī)粗糙海面?zhèn)鞑r(shí)會(huì)與海浪產(chǎn)生散射作用，X波段雷達(dá)接收后向散射回波，能夠從回波信號(hào)獲取海流、海浪等海洋參數(shù)。

目前利用X波段雷達(dá)來(lái)提取浪高主要步驟如下：對(duì)X波段雷達(dá)接收的水面波浪散射電磁波圖像序列進(jìn)行三維傅里葉分析，得到頻域回波圖像譜；利用圖像譜得到表面流信息，并且通過(guò)所得流速與流向信息構(gòu)造帶通濾波器來(lái)得到濾除非波浪信號(hào)后的圖像譜，并且利用調(diào)制傳遞函數(shù)得到波浪譜；根據(jù)波浪譜計(jì)算信噪比(Signal to Noise Ratio)：波浪與噪聲信號(hào)成分比值；最后基于信噪比的線性模型來(lái)對(duì)浪高進(jìn)行提取。而由于雷達(dá)是對(duì)水面進(jìn)行遙感測(cè)量，雷達(dá)對(duì)水面連續(xù)成像所得到的圖像時(shí)間序列是波浪運(yùn)動(dòng)形式的體現(xiàn)，因此利用采集到的圖像序列可以提取各種波浪參數(shù)。而雷達(dá)成像質(zhì)量取決于水面反射的回波信號(hào)，由于低海況條件下的水面對(duì)電磁波信號(hào)后向散射能力差，此時(shí)水面微弱粗糙度基本上不滿足X波段雷達(dá)波浪參數(shù)反演要求。為了保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度以及連續(xù)性，對(duì)于水平極化X波段雷達(dá)，通常浪高低于1m而且水表面風(fēng)速小于3m/s時(shí)的雷達(dá)回波均被視為無(wú)效數(shù)據(jù)而舍棄。雖然低海況條件下浪高小于1m時(shí)對(duì)水上交通或者工程影響較小，但很多水波物理現(xiàn)象的出現(xiàn)與微風(fēng)條件下的小波浪運(yùn)動(dòng)息息相關(guān)，雷達(dá)具有在低海況條件下的浪高觀測(cè)能力對(duì)小波浪運(yùn)動(dòng)的研究具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，直接從水面回波時(shí)域信號(hào)出發(fā)，提供了一種基于水面狀態(tài)連續(xù)成像系統(tǒng)的小波浪浪高提取方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的基于水面狀態(tài)連續(xù)成像系統(tǒng)的小波浪浪高提取方法具體如下：

該基于水面狀態(tài)連續(xù)成像系統(tǒng)的小波浪浪高提取方法，其主要特點(diǎn)是，所述的提取方法包括以下步驟：

(1)通過(guò)水面狀態(tài)連續(xù)成像系統(tǒng)采集探測(cè)區(qū)域中的波浪的回波，并對(duì)探測(cè)區(qū)域中的波浪的回波進(jìn)行采樣成像，組成N幀回波圖像序列；