本文關(guān)鍵詞：高頻地波雷達(dá)海態(tài)參數(shù)反演方法研究

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【摘要】：自上世紀(jì)70年代起,高頻地波雷達(dá)作為一種新型的海洋無(wú)線電遙感技術(shù)得到了飛速的發(fā)展。雷達(dá)發(fā)射的電磁波與粗糙海面發(fā)生相互作用,產(chǎn)生的一階散射和二階散射會(huì)在雷達(dá)的海面回波譜上產(chǎn)生不同幅度的尖峰,通過(guò)Barrick建立的回波散射截面方程來(lái)分析海面回波譜可反演得到風(fēng)、浪、流等海洋動(dòng)力學(xué)參數(shù)。高頻地波雷達(dá)海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)以其較遠(yuǎn)的探測(cè)距離、能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)、不易受惡劣氣候所影響等優(yōu)點(diǎn),逐漸成為海態(tài)遙感的一個(gè)重要手段。在高頻地波雷達(dá)海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)中,流場(chǎng)的反演技術(shù)已經(jīng)成熟并投入工程應(yīng)用,風(fēng)、浪場(chǎng)的反演技術(shù)仍處于研究階段。本文在某國(guó)防項(xiàng)目的支持下開(kāi)展高頻地波雷達(dá)海態(tài)參數(shù)反演方法研究,對(duì)風(fēng)、浪、流三場(chǎng)的反演算法進(jìn)行研究,最終整合出一套適用于高頻地波雷達(dá)的反演算法。本文首先闡述了高頻地波雷達(dá)進(jìn)行海態(tài)反演的理論基礎(chǔ),特別是高頻電磁波與粗糙海面的散射機(jī)理,實(shí)現(xiàn)高頻地波雷達(dá)海面回波譜的仿真模擬,并系統(tǒng)分析了回波譜與海洋動(dòng)力學(xué)參數(shù)之間的聯(lián)系,指出進(jìn)行參數(shù)反演時(shí)的基本條件。隨后,本文針對(duì)風(fēng)、浪、流三場(chǎng)的反演算法展開(kāi)了研究。在浪場(chǎng)方面,本文系統(tǒng)分析了幾種國(guó)際上常用的海浪譜和浪高反演算法,給出了算法的仿真結(jié)果及特性分析,最后根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的特性,綜合算法的適用范圍和優(yōu)缺點(diǎn),確定了一套修正后的反演精度較高的浪場(chǎng)反演算法,獲得較好的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析結(jié)果。在風(fēng)場(chǎng)方面,風(fēng)向提取的核心問(wèn)題是消除風(fēng)向模糊性,本文對(duì)比分析了幾種消除風(fēng)向模糊的算法,最后采用改進(jìn)的多波束最小二乘法來(lái)反演風(fēng)向,取得較好的反演結(jié)果;風(fēng)速反演分析了幾種國(guó)際上發(fā)展比較成熟的算法,綜合算法性能及精度等信息確定一種算法進(jìn)行實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析,取得了較好的結(jié)果。在流場(chǎng)方面,分析了海流徑向流速的提取原理,提出了一種新的一階海雜波提取方法,該方法利用最小二乘逼近法求得高頻地波雷達(dá)回波多普勒譜的逼近函數(shù),對(duì)Bragg峰附近的譜進(jìn)行了平滑處理,降低了由相參積累時(shí)間過(guò)高帶來(lái)的頻譜分裂和高頻噪聲等干擾的影響并有效解決了一階海雜波檢測(cè)中Bragg峰位置識(shí)別不準(zhǔn)確的問(wèn)題,直接改善了海流徑向流速提取和風(fēng)向反演的精度。最后給出徑向流速的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析結(jié)果,效果較好。
【關(guān)鍵詞】：高頻地波雷達(dá) 海洋環(huán)境監(jiān)測(cè) 反演 海洋動(dòng)力學(xué)參數(shù) 海態(tài)遙感
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TN958
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 緒論9-17
• 1.1 高頻地波雷達(dá)海態(tài)遙感研究背景及意義9-11
• 1.2 高頻地波雷達(dá)的相關(guān)研究11-14
• 1.3 高頻地波雷達(dá)海態(tài)反演算法的相關(guān)研究14-16
• 1.4 本文主要研究?jī)?nèi)容16-17
• 第2章 高頻地波雷達(dá)海態(tài)遙感理論基礎(chǔ)17-37
• 2.1 海洋動(dòng)力學(xué)理論基礎(chǔ)17-23
• 2.1.1 海態(tài)反演基本參數(shù)17-18
• 2.1.2 無(wú)向海浪譜模型18-21
• 2.1.3 方向分布函數(shù)模型21-22
• 2.1.4 有向海浪譜22-23
• 2.2 高頻電磁波粗糙海面散射機(jī)理與模型23-28
• 2.2.1 Bragg散射機(jī)理23-24
• 2.2.2 一階回波散射截面方程24-25
• 2.2.3 二階回波散射截面方程25-28
• 2.3 高頻地波雷達(dá)海面回波譜仿真及結(jié)果分析28-36
• 2.3.1 回波散射截面方程簡(jiǎn)化處理28-31
• 2.3.2 仿真實(shí)現(xiàn)及結(jié)果分析31-36
• 2.4 本章小結(jié)36-37
• 第3章 浪場(chǎng)參數(shù)反演37-49
• 3.1 海浪譜反演算法37-40
• 3.1.1 Barrick法37-38
• 3.1.2 Lipa法38
• 3.1.3 Howell法38-39
• 3.1.4 Wyatt法39-40
• 3.2 海浪譜反演仿真及結(jié)果分析40-42
• 3.3 海浪譜反演實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析42-43
• 3.4 浪高反演算法43-45
• 3.4.1 Barrick法43-44
• 3.4.2 Maresca和Georges法44
• 3.4.3 Heron法44-45
• 3.4.4 Wyatt法45
• 3.5 浪高反演實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析45-48
• 3.6 本章小結(jié)48-49
• 第4章 海面風(fēng)場(chǎng)參數(shù)反演49-68
• 4.1 海面風(fēng)場(chǎng)風(fēng)向反演算法49-54
• 4.1.1 風(fēng)向反演理論基礎(chǔ)49-50
• 4.1.2 消除風(fēng)向模糊方法50-53
• 4.1.3 風(fēng)向反演條件53-54
• 4.2 風(fēng)向反演算法性能比較54-57
• 4.3 風(fēng)向反演實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析57-60
• 4.4 海面風(fēng)場(chǎng)風(fēng)速反演算法60-63
• 4.4.1 SMB關(guān)系式法60
• 4.4.2 JONSWAP關(guān)系式法60-61
• 4.4.3 David Green法61-62
• 4.4.4 海面不同高度處風(fēng)速轉(zhuǎn)化關(guān)系式62-63
• 4.5 風(fēng)速反演算法性能比較63-64
• 4.6 風(fēng)速反演實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析64-67
• 4.7 本章小結(jié)67-68
• 第5章 流場(chǎng)參數(shù)反演68-76
• 5.1 徑向流速提取原理68-69
• 5.2 基于最小二乘逼近的一階海雜波提取算法69-71
• 5.2.1 算法性能分析69-71
• 5.3 海流徑向速度提取流程71-73
• 5.4 海流徑向流速提取實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析73-75
• 5.5 本章小結(jié)75-76
• 結(jié)論76-78
• 參考文獻(xiàn)78-83
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果83-85
• 致謝85

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