【摘要】：海洋是一塊純凈又蘊藏著大量資源的藍(lán)色寶藏,近現(xiàn)代以來,隨著科技的發(fā)展,人類逐漸將發(fā)展的眼光移向海洋。但大自然帶來如此豐厚的“禮物”的同時,也帶來災(zāi)害與慘劇。為了確保航運、沿海城市以及各種海上作業(yè)的安全性,人們嘗試用各種方法觀測變幻莫測的海況信息。X波段雷達相對于其它的測量手段,具備分辨率較高、觀測范圍較大、且成本較低等多方面優(yōu)勢,所以本文對基于X波段相參雷達獲取海浪參數(shù)信息的方法展開研究。本文首先分析了X波段相參雷達獲取的兩種數(shù)據(jù)集(雷達海浪圖像和多普勒速度場)的形成機理,根據(jù)線性波理論,我們對隨機海浪波高進行建模,并加入了陰影調(diào)制與傾斜調(diào)制兩種重要調(diào)制作用,得到了仿真的雷達海浪圖像。而后,通過對大量相關(guān)文獻的閱讀與學(xué)習(xí),我們對X波段雷達觀測海浪時獲得的多普勒速度構(gòu)成進行分析,并給出了可信的數(shù)據(jù)仿真方法,得到了仿真的多普勒速度場。這兩種仿真數(shù)據(jù)集為下文的算法研究提供數(shù)據(jù)支撐。隨后,本文對利用多普勒速度場重構(gòu)海面波高場方法進行了學(xué)習(xí)與分析。我們利用仿真的多普勒數(shù)據(jù)重構(gòu)了波高場,重構(gòu)波高場與原始波高場在定性和定量的比較中都顯示出了算法的有效性。該結(jié)論不僅再次證明了我們仿真數(shù)據(jù)的可信度,同時帶給我們改進經(jīng)典海浪參數(shù)獲取方法——3D-FFT算法的靈感。基于非相參雷達的3D-FFT算法由于是對雷達圖像強度進行頻域分析,所以必須使用調(diào)制傳遞函數(shù)(Modulation Transfer Function,MTF)將圖像譜校正為海浪譜。MTF的計算需要使用由實地測量工具測量的真實波高信息,這帶來了高昂的工作成本。不僅如此,MTF參數(shù)的不確定性對結(jié)果的準(zhǔn)確度造成影響。本文將重構(gòu)波高方法與3D-FFT方法結(jié)合,提出了兩種適用于相參雷達的改進3D-FFT算法以解決上述MTF帶來的弊端。第一種方法用重構(gòu)波高場代替實測數(shù)據(jù),大大降低了MTF的獲取難度與成本。第二種方法用重構(gòu)波高場代替了海浪圖像作為算法輸入,更加徹底的避免了MTF的使用。仿真實驗結(jié)果表明,兩種方法均可以獲得較精確的海浪參數(shù)值,但第二種方法在復(fù)雜度和估計精度上都略優(yōu)于第一種方法。最后,本文以實際應(yīng)用為出發(fā)點,研究了雷達天線長時間指向主波方向時的有效波高獲取方法�？紤]到投影效應(yīng)造成的能量損耗,凝視模式下的多普勒速度場被仿真,然后被用于有效波高的估計。仿真實驗獲得了令人滿意的結(jié)果,有效波高的估計值與真實值偏差小于0.16米。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN958;P731.2
【圖文】：

圖 3-1 線性疊加生成隨機海浪過程立仿真的隨機波高模型，過程如圖 3看作是由多個正弦波線性疊加而成，相位角，且幅度和頻率具有一定的范的 r , ,t 對應(yīng)的隨機波高 可以由下

陰影調(diào)制數(shù)值實現(xiàn)rr’

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本文編號：2727216