基于双雷达图像拼接的波高反演技术研究

摘要

随着海洋探测技术的飞速发展，利用X波段航海雷达对海浪进行大面积测量以及实时监测是近年来海洋遥感领域的一个研究热点，利用雷达图像反演海浪参数如有效波高、波向、波周期，对港口的安全保障和海上作业都具有十分重要的指导意义。本文以国防科研项目“舰载X波段航海雷达反演海浪技术”为依托，利用大量X波段航海雷达实测数据，对雷达图像进行拼接和反演有效波高进行了研究。
　　海杂波图像中含有噪声的干扰，所以图像预处理是进行图像拼接和反演海浪参数的基础。利用雷达图像的参数进行识别是否有降雨，剔除存在降雨的雷达原始图像;根据海杂波回波信号间的相关性引入一种检测并抑制同频干扰噪声的方法——空间域相关法，能够在滤除同频干扰噪声的同时最大程度地保留雷达图像原始信息;最后剔除含有固定目标物的图像，航向修正与运动补偿。
　　反演海浪参数时，数据分析区域的选择影响波高估测的准确性，如果选择的分析区域内存在盲区或者遮挡区，则需要重新选择分析区域，针对盲区问题本文提出了一种基于双雷达图像的拼接方法。为了解决图像拼接时图像亮度不一致问题，本文的利用多项式最小二乘法和自适应分段最小二乘法拟合径向雷达回波均值与天线距离的关系曲线，设计仿真实验平台，经过实验数据验证表明:本文拼接方法均优于直接拼接方法。
　　雷达图像中的侧风向通常回波强度较小，容易造成过度估计图像阴影区域，导致海浪参数的反演精度下降，Rune采用固定步长对阴影分割的方法会导致阴影比例的计算误差偏大，从而导致估测的波高不准。本文提出了一种基于风夹角特征划分数据分析区域及自适应法划分阴影比例，该算法能够按照阴影区的分布特征，自动将其分成最佳数量的区块并确定最佳分割位置，可以提高阴影比例精度。
　　使用大量的海上和岸基X波段航海雷达图像提取阴影阈值发现:在同一级海况下，阴影阈值不变，但是岸基与海上实验阴影阈值相差比较大。根据风夹角划分数据分析区域及自适应法划分阴影比例，利用史密斯函数计算不同风夹角区域的归一化波陡，根据波陡系数加权平均估测有效波高，最后得到不同风夹角的有效波高关系曲线图。通过对本文算法反演的有效波高和Rune估测的有效波高分别与wavex数据对比发现，本文算法能够提高反演有效波高的精度。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1本文研究的背景及意义

1．2航海雷达反演有效波高技术研究现状

1．2．1国外研究现状

1．2．2国内研究现状

1．3本文主要内容及章节安排

第2章基于X波段雷达图像的理论基础

2．1．1航海雷达的基本概念

2．1．2雷达成像机制

2．2雷达监测设备的系统组成

2．3图像预处理

2．3．1降雨的影响与识别

2．3．2固定目标物干扰

2．3．3同频干扰简介以及抑制

2．3．4航向修正与运动补偿

2．4分析区域的选取

2．5整体方案设计

2．6本章小结

第3章双雷达图像拼接技术

3．1盲区／遮挡区

3．2基于最小二乘法多项式拟合雷达图像拼接

3．2．1图像拼接方案设计

3．2．2最小二乘法多项式拟合

3．2．3实验过程与结果分析

3．2．4验证实验

3．3基于最小二乘法自适应分段拟合的图像拼接

3．3．1最小二乘法自适应分段拟合

3．3．2实验结果分析

3．4本章小结

第4章基于风夹角的阴影提取与波高反演技术

4．1风夹角划分分析区域

4．2图像稀疏化

4．3估计阴影灰度阈值获取阴影图像

4．3．1雷达图像阴影的边缘检测

4．3．2剔除孤立噪声点

4．3．3边缘图像的阴影分割阈值

4．3．4获得阴影图像

4．4．1自适应法获得阴影比例

4．4．2史密斯函数以及坡度求取

4．4．3反演有效波高

4．5数据实验与结果分析

4．6本章小结

第5章基于风夹角波高反演技术数据实验及分析

5．1风夹角下估测波高的实验设计方案

5．2数据实验与结果分析

5．2．1不同海况下阴影阈值的比较实验

5．2．2自适应阴影分割估测法与固定划分法波陡比较实验

5．3基于风夹角反演波高算法与Rune估测算法的比较

5．4本章总结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢