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航海雷达图像反演风浪与涌浪的分离方法研究
| 论文题名： | 航海雷达图像反演风浪与涌浪的分离方法研究 |
| 关键词： | X波段导航雷达;反演风浪;涌浪分离;峰值频率;谱域分割 |
| 摘要： | 海浪是最为常见的一种海洋波动现象。一般情况下，海浪由风浪和涌浪组成，其内在作用机制和外部特征存在明显的不同。在开放海域和沿海地区，代表不同气象条件的风浪和涌浪，在海浪谱中常常以双峰或者多峰谱的形式表现出来。在风浪和涌浪的共同作用下，波高、波向和波周期等海浪参数会失去其固有的物理意义，因此实现风浪和涌浪的分离和识别将会变得非常重要。本文依托在研项目“舰载X波段航海雷达反演海浪技术”积累的陆基试验数据，开展了航海雷达图像反演风浪与涌浪的分离方法研究。 本文在对国内外文献分析的基础上，发现现有基于谱方法研究风涌分离所采用的海浪谱数据都是来自于现场浮标，罕见利用X波段航海雷达图像得到海浪谱数据实现风浪和涌浪分离的报道，因此本文基于浮标平台下风涌分离的算法，开展了基于航海雷达平台下的风涌分离方法研究。目前，风涌分离方法主要分为一维谱方法和二维谱方法两种。二维谱方法虽然能够得到较可靠的分离结果，但其需要考虑比较多的信息，在工程应用中具有很大的局限性。本文利用风涌分离OP方法，将一维真实海浪谱与充分成长的PM谱模型进行比较，根据相同峰值频率下两者之间的比值确定风浪与涌浪的成分。 本文首先讨论了如何处理浮标获得的原始波高数据。对预处理后的浮标数据进行傅里叶变换即得到一维海浪谱。然后在纯风浪和混合浪两种情况下，分别使用固定频率法、PM方法和OP方法处理浮标数据得到的一维海浪谱，进行谱域分割，并以波向随频率的变化情况为参考测试三种分离方法的分离效果。实测数据表明，相比较于固定频率法和PM方法，使用OP方法能够得到更好的分离效果。 将浮标平台下的风涌分离算法进一步推广，本文提出了X波段航海雷达图像反演风浪与涌浪的分离方法。首先选取与浮标测量的时间和区域都相同的雷达图像区域序列，并对选取的图像序列进行预处理，去除图像中的目标和同频等干扰信号。再对处理后的雷达图像序列进行傅里叶变换，获得雷达图像谱。基于最大估流法设计出带通滤波器将真实的海浪提取出来，通过调整调制传递函数对获得的海浪谱进行标定，使雷达和浮标下得到的一维谱保持一致。最后使用固定频率法、PM法和OP法对得到的一维海浪谱进行分离，结果表明在雷达平台下使用OP方法的分离效果较好。 使用OP方法分离雷达和浮标两种平台下的海浪谱，对比风涌分离后得到的海浪参数，结果表明两者具有很好的相关性。最后根据风信息与风浪波高的关系，通过分析大量的试验数据，证明在X波段航海雷达平台下实现风浪与涌浪的分离是可行的。 |
| 作者： | 房钊 |
| 专业： | 仪器科学与技术 |
| 导师： | 卢志忠 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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