[發明專利]一種雷達海浪參數反演方法及計算機可讀介質

在審

• 申請號: 202310644158.1
• 申請日: 2023-05-30
• 公開（公告）號: CN116626683A
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發明（設計）人: 陳澤宗;胡忠錢;趙晨
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01S13/95
• 分類號: G01S13/95
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 許蓮英

本發明提出了一種雷達海浪參數反演方法及計算機可讀介質。本發明通過能量均衡矩估計方法計算多普勒頻移序列，結合多普勒頻移序列計算空時徑向速度序列；利用準二元變分模態分解方法進行分解，得到多個二維本征模態速度序列；結合每個二維本征模態速度序列對空時徑向速度序列進行重構，得到重構后的空時徑向速度序列；結合重構后的空時徑向速度序列進一計算得到每個雷達天線的一維平均速度譜；將每個雷達天線的一維平均速度譜結合調制傳遞函數計算得到每個雷達天線的徑向浪高譜；將多個雷達天線的徑向浪高譜進行累加合成得到無向浪高譜；結合無向浪高譜的零階矩、一階矩計算有效波高及平均波周期。本發明提高了海浪參數反演精度。

技術領域

本發明屬于測波雷達海浪參數反演領域，尤其涉及一種雷達海浪參數反演方法及計算機可讀介質。

背景技術

海浪觀測對海洋工程、海上作業、海洋環境監測等都有著極其重要的影響，傳統海浪觀測設備如測波浮標采用定點式測量方法，只能提供局部有效的海浪觀測數據，很難滿足實際需求。隨著遙感技術的發展，雷達等遙感設備因具有全天候、實時性好、成本相對較低等優點被廣泛應用在海洋監測領域。相干S波段雷達作為一種具有高空時分辨率的遙感設備，根據電磁波與海表面的毛細波發生Bragg散射來檢索重力波信息。由于相干微波雷達發射的信號具有所有確定的相位角，這種顯著性特征提供了獲取徑向多普勒速度的能力。利用徑向速度與波高譜之間的直接關系可以導出有效波高、平均波周期等海浪參數。

相干S波段雷達的高空時分辨率的特點使其可以探測到海表面中的一些非線性細節，如破碎波等。破碎波會使得波數頻率譜中出現群線等非線性特征。由于這些非線性特征的存在，會使得雷達估計的海浪譜低頻處產生額外分量并且使得主波能量減小，從而導致海浪參數尤其是平均波周期被高估。因此，需要對雷達回波信號進行一系列復雜的處理以提高海浪參數反演精度。

發明內容

針對上述問題，本發明提出了一種雷達海浪參數反演方法及計算機可讀介質。

本發明方法的技術方案為一種雷達海浪參數反演方法，包含以下步驟：

步驟1：利用雷達回波多普勒譜通過能量均衡矩估計方法計算多普勒頻移序列，結合多普勒頻移序列計算空時徑向速度序列；

步驟2：將空時徑向速度序列利用準二元變分模態分解方法進行分解，得到多個二維本征模態速度序列；

步驟3：結合每個二維本征模態速度序列對空時徑向速度序列進行重構，得到重構后的空時徑向速度序列；

步驟4：將重構后的空時徑向速度序列進行二維快速傅里葉變換，得到重構后的空時徑向速度序列的波數頻率譜；根據重構后的空時徑向速度序列的波數頻率譜的模的平方，得到重構后的空時徑向速度序列的速度功率譜；將重構后的空時徑向速度序列的速度功率譜進行波數方向上的積分，進一步除以波數方向上的積分寬度，得到每個雷達天線的一維平均速度譜；將每個雷達天線的一維平均速度譜結合調制傳遞函數計算得到每個雷達天線的徑向浪高譜；

步驟5：將多個雷達天線的徑向浪高譜進行累加得到合成后徑向浪高譜，將合成后徑向浪高譜進一步乘以角度分辨率得到無向浪高譜；

步驟6：結合無向浪高譜的零階矩計算有效波高，結合無向浪高譜的零階矩、無向浪高譜的一階矩計算平均波周期；

作為優選，步驟1所述進一步計算空時徑向速度序列，具體如下：

將多普勒頻移序列與雷達電磁波的半波長相乘，得到空時徑向速度序列；

作為優選，步驟2所述的多個二維本征模態速度序列對應的頻率依次從高頻到低頻排列，即u_i(x,t；n)，i∈[1,K]，對應的頻率依次從高頻到低頻排列；

x∈[1,X]，t∈[1,T]，n∈[1,N]