基于机载波谱仪数据的海浪斜率与海浪方向谱反演研究

摘要

气象、航海、造船、海洋工程等领域，都需要高精度的实时海浪信息。海浪方向谱是重要的海浪信息，某时某地海洋波浪场的统计特征（波高，波长，波周期，波向，波陡等）均可由海浪方向谱计算得到，因此海浪方向谱的获取极为重要。海浪波谱仪是专门为海浪方向谱探测而设计的新型微波传感器，是一种小入射角360°方位向旋转扫描的真实孔径雷达。2018年世界上第一台星载波谱仪SWIM（Surface Wave Investigation and Monitoring）将随中法海洋星发射升空。
　　本文研究了利用机载波谱仪实测数据进行海浪方向谱反演。针对机载情况下入射角范围较大的问题，首先讨论了调制信号的提取方法；然后，鉴于斑点噪声对海浪谱反演性能的重要影响，重点研究了波谱仪海面斑点噪声的形成机理、统计特性和去除方法；从波谱仪实测数据中反演出海浪方向谱，并将反演结果与浮标数据进行了对比验证。
　　本文的另一个主要研究内容是利用波谱仪数据实现海浪斜率反演。海浪斜率是海/气界面基本的物理参数，但目前还缺乏大范围的直接测量手段。波谱仪特有的工作方式，能够获取小入射角下海面随入射角和方位角变化的二维散射数据，使得海浪斜率的遥感成为可能。本文基于准镜像散射近似模型建立了波谱仪海浪斜率反演模型，并通过与小入射角海面精确散射模型——物理光学模型的仿真计算结果对比，确定了斜率反演模型的入射角适用范围。通过非线性最小二乘二维反演方法，从机载波谱仪二维散射数据中提取出准高斯海浪斜率中全部参数，实现了波谱仪海浪二维斜率遥感。

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1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状和发展趋势

1.3 本文研究内容和结构

2 波谱仪海浪斜率和海浪谱反演原理

2.1 海浪斜率反演原理

2.2 海浪谱反演原理

2.3 本章小结

3 基于机载波谱仪数据的准高斯海浪斜率概率密度函数反演

3.1 机载波谱仪实测数据介绍

3.2 准高斯海浪斜率概率密度函数

3.3 海面准高斯性与散射模型不准确性对散射系数影响的对比

3.4 准高斯海浪斜率反演方法

3.5 机载波谱仪海浪斜率概率密度函数反演结果与分析

3.6 本章小结

4 基于机载波谱仪数据的海浪谱反演

4.1 机载波谱仪海浪谱反演的关键技术

4.2 海浪谱反演结果分析和对比

4.3 本章小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

附录

参考文献