航海雷达图像反演海浪高程方法研究

摘要

海洋占了地球绝大多数的表面积，其中有极其丰富的资源，全面而详细地了解海浪对于人类的发展具有极其重要的作用。海浪是一种重要的自然现象，人类在进行船舶运输、海上军事活动、航海旅行等活动时，都需要对海浪进行多方面、全方位的监测，海浪监测设备能够实时采集航海雷达图像数据，并以相关算法进行海浪参数的反演计算。其中海浪高程对于独立波的研究、海浪安稳期的预测都有至关重要的作用。本文以“海浪监测设备”科研项目为依托，基于X波段航海雷达图像反演高程算法展开研究。
　　本文简要介绍了国内外基于X波段雷达图像反演海浪高程算法的研究现状，分析了反演海浪高程主流算法的基本原理，针对反演海浪高程算法流程中所涉及的雷达基本参数与成像机制、雷达图像处理方法、浮标系统等相关理论与设备进行了说明，重点对反演海浪高程的基本流程、利用浮标数据验证高程结果、利用高程研究海浪特性等关键问题进行了深入研究。
　　目前测量海面高程共有三种方法：反傅里叶变换、独立的波分量求和、经验反演。针对国内缺少相关研究成果的情况，本文引入Nieto在2004年提出的反傅里叶变换方法来获取海浪高程。该方法基于线性波理论，假设阴影调制为主要的调制机制，并假设海面高程由多个独立传播的正弦波线性叠加而成。本文对该算法中三维图像谱的获取、带通滤波器的设计、海面高程的重构与标校等关键步骤进行了深入的分析，并以一组雷达原始图像序列为例进行了海面高程的反演，证明了该方法的可行性。
　　为了验证算法的准确性和可靠性，本文以国防重点科研项目为依托，使用大量数据进行了海浪高程的反演。由于具体浮标位置无法得到，首先采取措施获得浮标位置，随后利用浮标结果与所测高程进行对比分析。针对反演海浪高程算法需在长峰波随机海浪下开展的前提，本文提出了一种判别长峰波的方法，并提出了一种质控因子来提高实验的质量。
　　由于海浪高程反映的是特定时间和地点的海面高度情况，为了在更多领域应用海浪高程，本文对海浪高程在研究海浪特性方面的应用进行了讨论，其中主要针对单波特性和波群特性的基本概念和分析方法进行了介绍，结果表明海浪高程在科研与工程应用上也具有可观的科研和商业价值。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 本文研究的目的、背景及意义

1.2 海浪高程反演技术研究现状

1.3 本文的主要工作和研究内容

1.4 论文的主要章节安排

第2章 反演海浪高程的理论基础

2.1 X波段航海雷达的基本原理

2.2 雷达图像处理方法

2.3 浮标系统

2.4 本章小结

第3章 反演海浪高程的基本流程

3.1 分析区域的选取

3.2 图像预处理

3.3 利用时间序列反演海浪高程

3.4 反演的海面高程图

3.5 本章小结

第4章 数据实验与结果分析

4.1 数据的选取

4.2 浮标位置的确定

4.3 高程与浮标记录对比

4.4 长峰波假设与质量控制

4.5 本章小结

第5章 利用高程研究海浪特性

5.1 定向寻波算法

5.2 畸形波识别

5.3 波群特性

5.4 本章小结

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