岸基X波段雷达浪流信息提取技术在XWCMS中的研究与实现

摘要

随着世界人口增加、人类生存环境的恶化、陆地资源的消耗和海洋开发技术的进步，世界各国在生存、发展及安全方面对海洋的需求日益增大，海洋地位急剧上升。海洋具有重要的经济价值和战略意义，开发和利用海洋已成为普遍共识，而海洋监测是海洋科学研究、资源开发利用和环境保护与管理等的基础工作，海洋监测技术的发展对于提高海洋资源的开发能力、促进海洋经济的发展、提高海洋环境监测能力等都起着重要的作用。因此，发展海洋监测技术意义重大。 论文跟踪了当前近海海面浪场、海面流场信息提取技术的研究热点，在借鉴现有对X波段雷达信号采集、X波段雷达图像序列浪流信息提取技术研究成果的基础上，首次提出研究和开发X波段雷达浪流信息提取系统XWCMS(X-band Radar Wave and Current Informations Monitoring System)，并结合课题“岸基X波段雷达浪流信息提取技术”对XWCMS的设计与实现进行了深入介绍。 论文结合具体的工程需求和软硬件条件，从XWCMS结构设计、海洋动力环境X波段雷达系统设计、X波段雷达海面浪流信息提取算法及其软件实现三个方面对XWCMS展开了深入的研究。首先，根据X波段雷达特点以及系统需求，提出了一种基于千兆以太网的星型拓扑的系统结构，满足系统对海量数据的实时采集和传输要求。其次，详细介绍了海洋动力环境X波段雷达系统结构和各模块设计。第三，对X波段雷达海面浪流信息提取算法的理论基础进行了详细介绍，并对基于傅立叶变换的X波段雷达浪流信息提取算法实施步骤做了总结和概括。阐述了WinPcap网络数据捕获函数库的工作机理和内部架构，对其内部的主要功能函数做了介绍。最后，在以上基础上给出了基于WinPcap的X波段雷达海面浪流信息提取标准化应用软件(以下简称浪流信息提取软件)的详细设计及其在VC++6.0下的编程实现。 本文的核心内容是浪流信息提取软件的设计与实现。利用WinPcap技术实现了千兆以太网下大流量X波段雷达回波数据的实时、不丢包传送，编程实现了基于三维傅立叶变换的X波段雷达海面浪流信息提取算法，实现了海态信息的可视化。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1课题的背景及意义

1.2研究现状及难点

1.2.1研究现状

1.2.2系统实现的难点

1.3论文研究的主要内容

1.4论文的组织结构

2海洋监测技术

2.1海洋监测及其技术现状

2.1.1海洋监测及其意义

2.1.2我国海洋监测技术现状

2.2 X波段雷达及其在海洋监测上的应用价值

2.3 X波段雷达应用于海洋监测的研究

2.3.1 X波段雷达回波信号采集

2.3.2 X波段雷达信号海面浪流信息提取技术概述

2.4本章小结

3 XWCMS结构设计

3.1系统设计原则

3.2系统功能需求分析

3.3系统结构设计

3.4本章小结

4海洋动力环境X波段雷达系统

4.1海洋动力环境X波段雷达系统总体结构

4.2中放及信号处理模块

4.3实时显控终端

4.4本章小结

5 X波段雷达海面浪流信息提取算法及其软件实现

5.1 X波段雷达海面浪流提取算法理论基础介绍

5.1.1 PPI图像

5.1.2三维傅立叶(Fourier)变换

5.1.3表层流反演

5.1.4带通滤波

5.1.5海浪方向谱及海态参数

5.1.6有效波高

5.2基于傅立叶变换的浪流信息提取算法实施步骤

5.3 WinPcap概述

5.3.1 WinPcap功能和应用

5.3.2 WinPcap组件

5.3.3 WinPcap常用函数及相关功能

5.4基于WinPcap的软件设计

5.4.1软硬件环境和数据结构

5.4.2模块化设计和程序流程

5.4.3数据通讯模块

5.4.4海态信息反演模块

5.4.5可视化模块

5.4.6数据管理模块

5.5软件执行效果及讨论

5.6本章小结

6总结与展望

参考文献

攻读学位期间的主要成果

致谢