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X波段雷达海态参数获取与处理技术研究

赵振华  
【摘要】:海洋蕴含着丰富的资源,随着人类对资源需求的日益增加,人们更加重视海洋资源的开发和探索。但海洋环境复杂,人们在进行海上活动时需要准确把握海洋风、浪、流等基本海况要素信息。同时,随着海上活动的增加,海上溢油时有发生,直接导致了海水的大量污染,严重破坏了海洋的生态环境。因此深入研究和积极发展海态参数提取技术和海面溢油微波散射机理研究具有重要的意义。本文基于上面的两个问题提出了多功能雷达的思想,该雷达主要有两大功能,一是可以用作测浪雷达对海况进行监测以实时获得海浪的各种特征参数,二是可以准确检测海面溢油。针对雷达的两个主要功能本文将做以下两个方向的研究:一是研究基于X波段雷达的海态参数获取算法,二是研究溢油海面的微波散射模型。X波段雷达海态参数获取算法主要思想就是利用海杂波雷达图像的时间序列通过谱分析法来获取海浪参数。本文首先介绍了雷达的成像机理,随后采用随机海浪数值模拟的方法结合雷达成像调制机理模拟了雷达的海杂波图像,然后使用模拟的雷达海杂波图像对算法进行了验证分析,经算法获得的海浪参数与模拟输入的参数相比误差较小。最后,利用海边雷达站的X波段雷达获取了实测的雷达PPI图像,进行了基于实测数据的算法验证实验。将反演得到的海表层流速数据同国家海洋环境预报中心的数据进行对比,验证了算法的正确性,进而获取了基于实测数据的海浪其他特征参数。探究海面溢油的微波散射机理需要研究溢油对海面粗糙度和海面电磁散射系数的影响。通过引入溢油衰减因子得到溢油海浪谱,运用蒙特卡洛统计模型和海面复合微波散射模型定量对比研究了溢油和清洁海面在海面粗糙度和电磁散射系数值之间的差异,并探究了溢油海面下影响后向散射系数的因素。


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