雷达测波反演算法及系统集成设计的研究

【摘要】：目前,海上舰船数量剧增,为达到避碰目的,所有军用和民用舰船都配备有X波段导航雷达。雷达扫描海面得到的“海杂波”图像含有丰富的海浪信息,可借用有效算法提取海浪的相关特征参数。借用导航雷达进行海洋遥感测量,相比其他设备具有便携、可靠、经济、安全、时空分辨率高等优点,所以近年来引起国内外学者的高度关注。目前,我国此项研究处于起步阶段,尚未研发成具有自主产权并可推广使用的监测设备。为提高我国近海和远洋海浪检测水平,以适应社会经济发展需要,本文对X波段导航雷达图像时间序列的海浪信息提取技术进行研究。 首先,借鉴国内外已知成果,在充分了解海浪信息反演原理的基础上,借鉴了已有海浪反演的流程,设计并实现了适合我国近海特性的海浪信息反演的算法。其次,利用Longuet-Higgins海浪模型,通过选用恰当的海浪谱和方向函数,模拟了三维随机海浪数据;同时分析了雷达成像的机制并利用模拟数据成功实现了图像的仿真。然后,对设计的海浪信息反演算法进行了检验,结果验证了本文所用算法的有效性,为海上实测数据的处理和设备研发奠定了基础。 另外,利用掌握的海上实测数据,分析并实现了海浪信息提取技术的流程,包括雷达图像的去噪修复、子图像序列的提取、海浪信息的反演等。初步开发了“X波段雷达时序图像测波数据处理系统”。 最后,依据我国近海的特点,对国外已有方法进行了探索性的改进,提出了利用多项式回归方法估算有效波高的新数学模型,给出了利用分段函数拟合提高反演精度的新算法。通过对比实验,验证了所给模型和算法的可行性和有效性。