基于航海雷达的海浪与溢油信息提取方法研究

摘要

X波段航海雷达是船舶海上航行中重要的导航设备，利用电磁波的反射特性和时间延迟实现目标定位，由海面反射回来的雷达反射波受到海面上的风、浪、水面油污染以及海底地形等因素的调制作用，其杂波中包含很多非常有价值的信息。基于雷达回波的布拉格散射原理和多普勒频移原理，利用X-波段航海可以进行海浪海流和海上溢油的观测。为了获得准确的海浪信息，需要对雷达图像中的杂波进行分离提取增强和分析处理，有效获取水流、流速、水深、海面溢油等各种有用信息，基于此项技术的X-波段航海测波系统，作为海洋观测和应用领域的新一代海浪监测设备，正在日趋成熟，是对现有船舶航海功能的极大补充。
　　对雷达图像的研究可以分为海浪谱和图像谱两个方向进行研究，海浪谱是描述海浪现象的本质，可以计算得到海浪的各项特征参数:利用雷达图像信噪比和线性回归方程分析海面有效波高，从频率方向谱获得峰值波浪周期和方向，使用质心公式确定峰值频率，通过雷达图像的波数方程获得海浪的峰值波长;图像谱从宏观的角度计算不同波动强度波浪的区域范围，利用海上溢油的镇浪作用，区分溢油海面和非溢油海面。
　　本文主要论述了采用X波段航海雷达图像作为遥感信息源，利用2010年“7.16大连新港溢油事故”中大连海事大学教学实习船7月21日从X波段航海雷达视频采集卡分离的雷达图像数据和船舶安装的WAVEX波浪分析仪处理的图像数据，对海杂波数据进行合理的处理和分析，明确了利用X波段船舶航海提取海浪和海上溢油信息的一般方法。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外发展状况

第2章 相关知识介绍

2．1 X波段航海冒达

2．2 遥感原理

第3章 雷达图像的预处理

3．1 雷达数据的采集

3．2 噪声消除

3．2．1 线检测

3．2．2 自适应中值滤波

3．2．3 实验结果及分析

3．3 区域裁剪

第4章 海浪信息的提取

4．1 坐标变换

4．2 三维谱分析

4．2．1 三维图像谱

4．2．2 色散滤波

4．3 海浪谱获取

4．3．1 图像频率谱

4．3．2 波谱传递函数

4．4 参数取值范围

4．4．1 波数

4．4．2 频率

4．4．3 周期

4．4．4 方向

4．5 海态信息反演

4．5．1 表层流反演

4．5．2 有效波高反演

4．6 误差分析

第5章 海面溢油信息提取

5．1 理论基础

5．2 溢油信息提取过程

5．2．1 功率矫正

5．2．2 图像滤波

5．2．3 图像灰度分割

5．2．4 图像腐蚀和膨胀

5．2．5 溢油区域提取

5．3 方法小结

第6章 结论与展望

参考文献

致谢

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