[發明專利]一種基于頻譜分割的海浪波譜儀斑點噪聲譜估計方法

有效

• 申請號: 202110308176.3
• 申請日: 2021-03-23
• 公開（公告）號: CN113204020B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 劉保昌;李秀仲;何宜軍;喬思奇;顧經緯
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G01S13/89
• 分類號: G01S13/89;G01S7/41;G01S13/95
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 曹蕓

1.一種基于頻譜分割的海浪波譜儀斑點噪聲譜估計方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、對于某個雷達波束觀測角φ，用海浪波譜儀接收到的N個脈沖原始信號作為輸入信號，利用“快時間頻率譜分割法”獲得兩組一維距離像：及其中：n表示脈沖的序號，R表示地面距離坐標，其取值范圍為R_min＜R＜R_max，R_min與R_max分別表示波譜儀波束覆蓋范圍的近距端距離坐標和遠距端距離坐標；

步驟二、對步驟一得到的N個一維距離像對及進行平均，分別得到與

其中：表示由“正”的快時間頻率成分得到的脈沖平均后的一維距離像，表示由“負”的快時間頻率成分得到的脈沖平均后的一維距離像；

步驟三、根據步驟二得到的一維距離像對與利用“海浪調制波形相消法”估計波譜儀“波動”斑點噪聲譜P(k；φ)，其中k表示波數，φ表示雷達波束觀測角；

步驟四、對P(k；φ)根據下式進行幅度尺度變換和坐標尺度變換，得到

其中：為P(k；φ)的坐標尺度變換，表示尺度變換后的“波動”斑點噪聲譜；

步驟五、對進行線性最小二乘擬合，得到一個一次多項式函數：

P_sp(k；φ)＝x₁·k+x₂,k＞0

其中：P_sp(k；φ)表示估計得到的海浪波譜儀斑點噪聲譜，一次多項式的兩個系數x₁與x₂由以下兩式得到，

其中：X₁與X₂表示函數F(X₁,X₂)的兩個自變量，min[F(X₁,X₂)]表示取函數F(X₁,X₂)的最小值，表示取使得函數F(X₁,X₂)最小化的自變量。

2.根據權利要求1所述一種基于頻譜分割的海浪波譜儀斑點噪聲譜估計方法，其特征在于，所述步驟一的具體步驟如下：

步驟1-1、對于雷達波束觀測角φ，將波譜儀接收到的第n個脈沖原始雷達回波信號s_n(t；φ)進行傅里葉變換，得到快時間頻率譜信號S_n(f_r；φ)，

S_n(f_r；φ)＝FT{s_n(t；φ)}

其中：t表示一個脈沖回波信號雷達采樣的快時間，f_r表示快時間頻率，FT{·}表示傅里葉變換算子；

步驟1-2、對快時間頻率域回波信號S_n(f_r；φ)根據下式進行匹配濾波以實現脈沖壓縮，

其中：表示匹配濾波后的回波信號，K_r為線性調頻信號的調頻率，F_s表示回波信號的采樣頻率，j表示虛數單位；

步驟1-3、對匹配濾波后的回波信號按照下式進行距離走動校正，

其中：表示距離走動校正后的回波信號，表示當雷達波束觀測角為φ時的、第n個脈沖的、以時間表示的距離走動量；

步驟1-4、利用兩個窗函數W⁺(f_r)和W^-(f_r)對距離走動校正后的回波信號進行“快時間頻率譜分割”，

以上四式中，表示利用窗函數W⁺(f_r)取出的回波信號的正的快時間頻率部分，而表示利用窗函數W^-(f_r)取出的回波信號的負的快時間頻率部分；

步驟1-5、對與進行傅里葉逆變換，分別得到信號與

其中：表示由“正”的快時間頻率成分得到的快時間域信號，表示由“負”的快時間頻率成分得到的快時間域信號，IFT{·}表示傅里葉逆變換算子；

步驟1-6、將信號與從快時間坐標t變換到地面距離坐標R，分別得到坐標變換后的信號與其中，t與R之間的映射關系為，

其中：R表示地面距離坐標，c表示光速，而H表示雷達到海面的高度；

步驟1-7、對與取“模平方”，分別得到兩組一維距離像：及

其中：為由“正”的快時間頻率成分得到的第n個脈沖的一維距離像，為由“負”的快時間頻率成分得到的第n個脈沖的一維距離像，為由“正”的快時間頻率成分得到的地面距離域信號，為由“負”的快時間頻率成分得到的地面距離域信號，|·|²表示取絕對值的平方。

3.根據權利要求2所述一種基于頻譜分割的海浪波譜儀斑點噪聲譜估計方法，其特征在于，所述步驟三的具體步驟如下：

步驟3-1、對步驟二得到的與沿著地面距離坐標R進行等長度分段，分別得到M個新的一維距離像對及

其中：表示由“正”的快時間頻率成分得到的第m個距離段的一維距離像，表示由“負”的快時間頻率成分得到的第m個距離段的一維距離像，M表示距離段的總數目，m表示距離段的序號，表示距離分段后的距離坐標，L_x表示雷達波束覆蓋范圍距離向的長度，

L_x＝R_max-R_min

步驟3-2、對步驟3-1得到的每段一維距離像根據其平均值進行歸一化，得到“距離像對”與

其中：表示由“正”的快時間頻率成分得到的第m個距離段的歸一化一維距離像，表示由“負”的快時間頻率成分得到的第m個距離段的歸一化一維距離像，表示沿著距離坐標取平均值；

步驟3-3、將步驟3-2得到的與實施“海浪調制波形相消”，即將二者相減并乘以一個因子得到一組新的函數，

其中：表示海浪調制波形相消后的一維距離像；

步驟3-4、根據下式計算每個距離段的函數的自相關功率譜，

其中：表示自相關功率譜，[·]^*表示取復共軛，k表示波數；

步驟3-5、把步驟3-4得到的M個自相關功率譜進行平均得到波譜儀“波動”斑點噪聲譜，

其中：P(k；φ)表示波譜儀“波動”斑點噪聲譜。