專利名稱：一種基于x波段雷達(dá)圖像的海表面流反演方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于海浪參數(shù)反演技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于X波段雷達(dá)圖像的海表面流反演方法。
背景技術(shù)：
海流是由于相鄰海區(qū)間，海水長期存在溫度、密度、氣壓的不同或長期受定向風(fēng)的作用使海水產(chǎn)生水平方向的流動(dòng)。它與海洋漁業(yè)、海上工程建設(shè)、海上航行安全和軍事作戰(zhàn)等有著十分密切關(guān)系。X波段雷達(dá)工作在短脈沖模式時(shí)，發(fā)射的電磁波遇到海面上微尺度波發(fā)生Bragg 散射，產(chǎn)生后向回波被雷達(dá)接收機(jī)收到，即形成海雜波圖像。海雜波圖像中含有豐富的海浪、海流信息，國內(nèi)已有多家單位開展了相關(guān)研究，現(xiàn)有的傳統(tǒng)的流反演算法包括以下幾個(gè)步驟，如

圖1所示(1)雷達(dá)工作在短脈沖模式，采集N幅空間域海雜波連續(xù)圖像，然后選取分析區(qū)域構(gòu)成子圖像序列I(3) (x，，t)。(2)對(duì)子圖像進(jìn)行3維傅里葉變換得到三維圖像譜F(3) (k，ω)。(3)初始估流①海浪本身波長和頻率符合色散關(guān)系，如式(1)所示。
權(quán)利要求
1. 一種基于X波段雷達(dá)圖像的海表面流反演方法，其特征在于包括以下步驟(1)雷達(dá)工作在短脈沖模式，連續(xù)采集時(shí)間長度為t的N幅空間域海雜波連續(xù)圖像作為一個(gè)序列，然后選取分析區(qū)域構(gòu)成子圖像序列I (X，1，t)；(2)對(duì)子圖像序列進(jìn)行三維傅里葉變換得到三維波數(shù)頻率圖像譜F (k，ω)；(3)根據(jù)色散關(guān)系構(gòu)造帶通濾波器，濾除三維波數(shù)頻率圖像譜中的非海浪信號(hào)，所述的濾波器滿足 其它 式中，Bn和艮均為濾波器帶寬；ω為海浪頻率，Δ ω為頻率分辨率；k為波數(shù)，Ak為波數(shù)分辨率；Umax為雷達(dá)天線與海浪場最大相對(duì)流速；E(3) (k，ω)為濾波后海浪圖像譜；(4)弓丨入調(diào)制傳遞函數(shù)MTF對(duì)圖像譜E(3)(k，ω)的非線性影響進(jìn)行校正，得到海浪譜， 調(diào)制傳遞函數(shù)MTF滿足MTF = I k I 0 ES}(k,a) = \kf -E(i)(k,a)其中，β為指數(shù)，紹W, )為海浪譜；(5)對(duì)于固定頻率Qi上有ni個(gè)海浪譜分量，海浪譜分量波數(shù)的模組成集合為IkjIk1k2. . . kni}，中心為ki(l，集合最大半徑ri定義為 式中，、為海浪譜分量，海浪譜分量波數(shù)的模組成的集合中譜分量隸屬度μ (k.j)為 其中，δ為表征、距離中心ki(l距離的參數(shù)；(6)采用步驟⑷校正后海浪譜和步驟(5)得到隸屬度函數(shù)的的乘積加權(quán)LSM，得到極小值函數(shù)Q2為 其中，COi為實(shí)測海浪譜數(shù)據(jù)竑中第i個(gè)頻率分量，ωρ為根據(jù)色散關(guān)系給出的頻率分量；Νω為正頻率數(shù)目，Ni為COi頻率上譜分量數(shù)目；砹內(nèi)種)、μ (k.j)分別為第COi頻率上第j個(gè)譜大小和隸屬度大小，k.j分別為第i個(gè)頻率中第j個(gè)譜分量的波數(shù)分量；(7)初始估流當(dāng)階次P滿足P = O的O階色散關(guān)系時(shí)，設(shè)定閾值Cfg滿，將極小值函數(shù)Q2分別對(duì)表面流在X方向的分量Ux、表面流在Y方向的分量Uy求偏導(dǎo)，并使其偏導(dǎo)數(shù)均為零，根據(jù)譜數(shù)量 n2的個(gè)數(shù)計(jì)算表面流公式為 u = A · B
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于X波段雷達(dá)圖像的海表面流反演方法，其特征在于步驟(1)中時(shí)間長度t的取值滿足40s < t < 100s。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于X波段雷達(dá)圖像的海表面流反演方法，其特征在于步驟中指數(shù)β值的取值范圍滿足1. 17彡β < 1. 21。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于X波段雷達(dá)圖像的海表面流反演方法，其特征在于步驟(5)中參數(shù)δ的數(shù)量級(jí)范圍為10_4 10_6。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于X波段雷達(dá)圖像的海表面流反演方法，其特征在于步驟⑵中取閾值Cfg滿足0. 2彡Cfg彡0. 7。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于X波段雷達(dá)圖像的海表面流反演方法，其特征在于步驟(8)中閾值Cit滿足0. 015彡Cit彡0. 03。
全文摘要
本發(fā)明公開的一種基于X波段雷達(dá)圖像的海表面流反演方法，包括(1)采集時(shí)空域海雜波圖像作為一個(gè)序列，得到子圖像序列；(2)對(duì)子圖像序列進(jìn)行三維傅里葉變換；(3)根據(jù)色散關(guān)系構(gòu)造帶通濾波器；(4)對(duì)圖像譜非線性影響進(jìn)行校正；(5)計(jì)算隸屬度；(6)加權(quán)計(jì)算；(7)初始估流；(8)迭代估流。本發(fā)明與現(xiàn)有流反演算法相比，提高了流反演精度，尤其是提高了低流速時(shí)流反演精度，且提高了反演結(jié)果穩(wěn)定性。本發(fā)明使用依賴最大流速的色散關(guān)系帶通濾波器對(duì)圖像譜進(jìn)行噪聲濾除，去噪能力強(qiáng)。本發(fā)明中對(duì)圖像譜進(jìn)行校正得到海浪譜，能夠反映真實(shí)的海態(tài)信息，然后將海浪譜作為最小二乘法的權(quán)值之一計(jì)算流，流反演結(jié)果接近真實(shí)海態(tài)。
文檔編號(hào)G01S13/89GK102353946SQ201110178328
公開日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月29日
發(fā)明者劉利強(qiáng), 盧志忠, 戴運(yùn)桃, 賈瑞才 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)