X波段雷达海洋动力环境信息提取数值模拟实验

摘要

海洋，约占地球三分之二的面积，与人类生活息息相关。海洋蕴含着各类丰富的资源，不仅其中海洋生物能够为人类提供所需的丰富蛋白质，同时储存的各类矿产资源和能源也不可估量。除此之外，海洋的环境变化也直接影响着全球的气候，尤其海浪、风暴潮、海啸等自然现象，极易造成海岸带的各种灾害，对沿海地区造成巨大的经济损失。因此随着人类科技的进步和社会的发展，对海洋的浪流信息的掌握和预测已经成为迫在眉睫的课题。 在海浪信息提取各种方法中，利用X波段雷达进行海面信息提取由于其方便，经济，全天候的优点倍受研究者的青睐。虽然海杂波成像机理至今尚未有定论，但是已有一套比较成熟的海杂波成像理论，以及“海杂波时间图像序列反演海浪信息参数”算法。要深入理解海杂波成像机理和实现整个反演过程，实验数据就非常重要。而通过“数值模拟”的方式不仪可以在实验开始前就进行反演算法的探索，而且可以通过大量模拟结果的对比，有针对性的辅助理解海杂波成像机理，改进和完善反演算法，也为反演所需的各类参数的选择提供合理的依据。 本文全程描述了数值模拟的过程。首先以线性波理论为基础，基于PM谱，对不同主波方向，主波频率，平均周期的海浪场进行相关波高模拟。模拟的区域范围为2550*2550m2。x，y方向的径向分辨率分别为10m。不同参数的海浪谱分别连续获得32幅共80s的海面波高时间序列。 其次模拟了海杂波时间序列图像。在X波段雷达海面成像过程中，长波通过阴影调制、倾斜调制、流体动力调制、轨道调制等作用调制Bragg短波在雷达屏幕上成像。其中阴影调制和倾斜调制起主要作用，本文以上述两种调制方式为基础，将前面的海浪波高图像转化成海杂波图像，在转换的过程中充分的考虑了X波段雷达的盲区和之后要进行的反演算法等因素，不断改变雷达设置高度获得了一系列的海杂波图像。 最后将模拟得到的海杂波时间序列图像进行反演。这需要进行三维傅立叶变换，再经过滤波、积分、调制传递函数等一系列反演作用得到海浪谱，并计算出主波频率主波方向等参数。通过将反演所得参数和输入的参数进行比对，证明了海杂波成像过程中各种调制的作用，同时也证明了此反演算法的科学性。

目录

文摘

英文文摘

声明

0前言

1海面波高时间序列图像数值模拟

1.1波浪介绍

1.2波谱的建立

1.3海面场波高模拟

2雷达海浪成像的数值模拟

2.1雷达发展及分类

2.2雷达成像机理

2.3海杂波成像机理及模拟结果

3 X波段雷达海浪信息的反演

3.1反演历程及研究现状

3.2反演算法

3.2.1三维傅立叶变换

3.2.2频散关系滤波

3.2.3调制传递函数(MTF)

3.2.4海浪谱

3.3反演结果及分析

4结束语

参考文献

致谢

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