[發明專利]一種基于衛星測高回波波形監測湖冰厚度的方法

有效

• 申請號: 202010837082.0
• 申請日: 2020-08-19
• 公開（公告）號: CN111854654B
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: 楊元德;李振洪
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: G01B15/02
• 分類號: G01B15/02
• 代理公司: 北京棧橋知識產權代理事務所(普通合伙) 11670
• 代理人: 潘衛鋒

1.一種基于衛星測高回波波形監測湖冰厚度的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：設置波形參數，根據Brown模型計算參考回波波形；

步驟2：從所述參考回波波形中選取包含波形前緣的子波形；

步驟3：對選取的所述子波形與測得的實際回波波形進行相關分析，確定實際回波波形的波形前緣；

步驟3包括：

步驟31：計算參考回波波形以及任意實際回波波形之間的相關性，計算公式(2)如下所示，

其中，和是參考波形與任意波形的平均能量；S和Sr是參考波形與任意波形的標準差；Srr是兩波形的方差；P_r(i)表示參考波形，i＝1,…,k；P(i)表示任意有效波高的實際回波波形，i＝1,…,k；r表示波形相關系數；

步驟32：在步驟2中選取的所述子波形作為參考回波波形中的一部分，在與測得的實際回波波形進行相關分析時，會產生相關系數序列，根據最大相關系數選取實際波形的波形前緣；

步驟4：在濾波平滑的基礎上，從確定的所述波形前緣中提取出兩個子波形；

步驟4具體為：對步驟3中所述實際回波波形的波形前緣采用移動平均，消除采樣誤差影響同時提高精度，然后由第一個極大值和第二個極大值確定并提取出兩個子波形；

步驟5：設定閾值水平，采用閾值法計算兩個子波形的波形前緣中心；

步驟5中兩個子波形的波形前緣中心的具體計算如公式(3)所示：

T_l＝(A-DC)·Th+DC

其中，DC表示熱噪聲，由子波形前5個采樣值取平均得到；P(i)表示回波波形的第i個采樣點的采樣值即反射能量；Th表示選取的閾值水平；T_l表示與閾值水平對應的閾值；Gk表示采樣值大于閾值T_l的采樣點，Tl介于P(k–1)和P(k)之間，Gr表示波形前緣中點；當P(k–1)等于P(k)，波形前緣中點向后延遲一個點；分別對兩個子波形進行波形重定，得到的兩個子波形的波形前緣中點G1和G2，即信號到底雪/冰交界面和冰/水交界面的時刻；

步驟6：將兩個子波形的波形前緣中心轉換為湖冰厚度；

步驟6中湖冰厚度的具體計算如公式(4)所示：

其中，D表示湖冰厚度，單位為m；c為光速在真空中傳播速度，const為閥門轉換為距離的常數；n_m為假定信號在雪冰中的折射率；G1和G2分別表示兩個子波形的波形前緣中心。

2.如權利要求1所述的一種基于衛星測高回波波形監測湖冰厚度的方法，其特征在于，步驟1中所述Brown模型的表達式如公式(1)所示：

其中，P為反射能量，t表示采樣時刻，τ表示波形前緣中點，σ與有效波高SWH相關，α與衰減參數有關，A表示振幅，σ的定義為其中σ_s＝SWH/4，σ_p與高度計參數有關；特定的測高衛星σ_p看成常數，波形形狀為有效波高的函數。

3.如權利要求2所述的一種基于衛星測高回波波形監測湖冰厚度的方法，其特征在于，選取5m有效波高并根據Brown模型計算得到回波波形作為參考波形。

4.如權利要求1所述的一種基于衛星測高回波波形監測湖冰厚度的方法，其特征在于，步驟2中所述子波形是從參考回波波形中選取的包含波形前緣的多個連續采樣點組成的波形。