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X波段雷达海洋动力环境信息提取数值模拟实验

宋丽娜  
【摘要】:海洋,约占地球三分之二的面积,与人类生活息息相关。海洋蕴含着各类丰富的资源,不仅其中海洋生物能够为人类提供所需的丰富蛋白质,同时储存的各类矿产资源和能源也不可估量。除此之外,海洋的环境变化也直接影响着全球的气候,尤其海浪、风暴潮、海啸等自然现象,极易造成海岸带的各种灾害,对沿海地区造成巨大的经济损失。因此随着人类科技的进步和社会的发展,对海洋的浪流信息的掌握和预测已经成为迫在眉睫的课题。 在海浪信息提取各种方法中,利用X波段雷达进行海面信息提取由于其方便,经济,全天候的优点倍受研究者的青睐。虽然海杂波成像机理至今尚未有定论,但是已有一套比较成熟的海杂波成像理论,以及“海杂波时间图像序列反演海浪信息参数”算法。要深入理解海杂波成像机理和实现整个反演过程,实验数据就非常重要。而通过“数值模拟”的方式不仅可以在实验开始前就进行反演算法的探索,而且可以通过大量模拟结果的对比,有针对性的辅助理解海杂波成像机理,改进和完善反演算法,也为反演所需的各类参数的选择提供合理的依据。 本文全程描述了数值模拟的过程。首先以线性波理论为基础,基于PM谱,对不同主波方向,主波频率,平均周期的海浪场进行相关波高模拟。模拟的区域范围为2550*2550m~2。x,y方向的径向分辨率分别为10m。不同参数的海浪谱分别连续获得32幅共80s的海面波高时间序列。 其次模拟了海杂波时间序列图像。在X波段雷达海面成像过程中,长波通过阴影调制、倾斜调制、流体动力调制、轨道调制等作用调制Bragg短波在雷达屏幕上成像。其中阴影调制和倾斜调制起主要作用,本文以上述两种调制方式为基础,将前面的海浪波高图像转化成海杂波图像,在转换的过程中充分的考虑了X波段雷达的盲区和之后要进行的反演算法等因素,不断改变雷达设置高度获得了一系列的海杂波图像。 最后将模拟得到的海杂波时间序列图像进行反演。这需要进行三维傅立叶变换,再经过滤波、积分、调制传递函数等一系列反演作用得到海浪谱,并计算出主波频率主波方向等参数。通过将反演所得参数和输入的参数进行比对,证明了海杂波成像过程中各种调制的作用,同时也证明了此反演算法的科学性。


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