专利名称：一种基于x波段雷达图像的海表面流反演方法
技术领域：
本发明属于海浪参数反演技术领域，具体涉及一种基于X波段雷达图像的海表面流反演方法。
背景技术：
海流是由于相邻海区间，海水长期存在温度、密度、气压的不同或长期受定向风的作用使海水产生水平方向的流动。它与海洋渔业、海上工程建设、海上航行安全和军事作战等有着十分密切关系。X波段雷达工作在短脉冲模式时，发射的电磁波遇到海面上微尺度波发生Bragg 散射，产生后向回波被雷达接收机收到，即形成海杂波图像。海杂波图像中含有丰富的海浪、海流信息，国内已有多家单位开展了相关研究，现有的传统的流反演算法包括以下几个步骤，如
图1所示(1)雷达工作在短脉冲模式，采集N幅空间域海杂波连续图像，然后选取分析区域构成子图像序列I(3) (x，，t)。(2)对子图像进行3维傅里叶变换得到三维图像谱F(3) (k，ω)。(3)初始估流①海浪本身波长和频率符合色散关系，如式(1)所示。
权利要求
1. 一种基于X波段雷达图像的海表面流反演方法，其特征在于包括以下步骤(1)雷达工作在短脉冲模式，连续采集时间长度为t的N幅空间域海杂波连续图像作为一个序列，然后选取分析区域构成子图像序列I (X，1，t)；(2)对子图像序列进行三维傅里叶变换得到三维波数频率图像谱F (k，ω)；(3)根据色散关系构造带通滤波器，滤除三维波数频率图像谱中的非海浪信号，所述的滤波器满足 其它 式中，Bn和艮均为滤波器带宽；ω为海浪频率，Δ ω为频率分辨率；k为波数，Ak为波数分辨率；Umax为雷达天线与海浪场最大相对流速；E(3) (k，ω)为滤波后海浪图像谱；(4)弓丨入调制传递函数MTF对图像谱E(3)(k，ω)的非线性影响进行校正，得到海浪谱， 调制传递函数MTF满足MTF = I k I 0 ES}(k,a) = \kf -E(i)(k,a)其中，β为指数，紹W, )为海浪谱；(5)对于固定频率Qi上有ni个海浪谱分量，海浪谱分量波数的模组成集合为IkjIk1k2. . . kni}，中心为ki(l，集合最大半径ri定义为 式中，、为海浪谱分量，海浪谱分量波数的模组成的集合中谱分量隶属度μ (k.j)为 其中，δ为表征、距离中心ki(l距离的参数；(6)采用步骤⑷校正后海浪谱和步骤(5)得到隶属度函数的的乘积加权LSM，得到极小值函数Q2为 其中，COi为实测海浪谱数据竑中第i个频率分量，ωρ为根据色散关系给出的频率分量；Νω为正频率数目，Ni为COi频率上谱分量数目；砹内种)、μ (k.j)分别为第COi频率上第j个谱大小和隶属度大小，k.j分别为第i个频率中第j个谱分量的波数分量；(7)初始估流当阶次P满足P = O的O阶色散关系时，设定阈值Cfg满，将极小值函数Q2分别对表面流在X方向的分量Ux、表面流在Y方向的分量Uy求偏导，并使其偏导数均为零，根据谱数量 n2的个数计算表面流公式为 u = A · B
2.根据权利要求1所述的一种基于X波段雷达图像的海表面流反演方法，其特征在于步骤(1)中时间长度t的取值满足40s < t < 100s。
3.根据权利要求1所述的一种基于X波段雷达图像的海表面流反演方法，其特征在于步骤中指数β值的取值范围满足1. 17彡β < 1. 21。
4.根据权利要求1所述的一种基于X波段雷达图像的海表面流反演方法，其特征在于步骤(5)中参数δ的数量级范围为10_4 10_6。
5.根据权利要求1所述的一种基于X波段雷达图像的海表面流反演方法，其特征在于步骤⑵中取阈值Cfg满足0. 2彡Cfg彡0. 7。
6.根据权利要求1所述的一种基于X波段雷达图像的海表面流反演方法，其特征在于步骤(8)中阈值Cit满足0. 015彡Cit彡0. 03。
全文摘要
本发明公开的一种基于X波段雷达图像的海表面流反演方法，包括(1)采集时空域海杂波图像作为一个序列，得到子图像序列；(2)对子图像序列进行三维傅里叶变换；(3)根据色散关系构造带通滤波器；(4)对图像谱非线性影响进行校正；(5)计算隶属度；(6)加权计算；(7)初始估流；(8)迭代估流。本发明与现有流反演算法相比，提高了流反演精度，尤其是提高了低流速时流反演精度，且提高了反演结果稳定性。本发明使用依赖最大流速的色散关系带通滤波器对图像谱进行噪声滤除，去噪能力强。本发明中对图像谱进行校正得到海浪谱，能够反映真实的海态信息，然后将海浪谱作为最小二乘法的权值之一计算流，流反演结果接近真实海态。
文档编号G01S13/89GK102353946SQ201110178328
公开日2012年2月15日 申请日期2011年6月29日 优先权日2011年6月29日
发明者刘利强, 卢志忠, 戴运桃, 贾瑞才 申请人:哈尔滨工程大学