本文關(guān)鍵詞：高頻地波雷達海態(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,高頻地波雷達作為一種新型的海洋無線電遙感技術(shù)得到了飛速的發(fā)展。雷達發(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在雷達的海面回波譜上產(chǎn)生不同幅度的尖峰,通過Barrick建立的回波散射截面方程來分析海面回波譜可反演得到風(fēng)、浪、流等海洋動力學(xué)參數(shù)。高頻地波雷達海洋環(huán)境監(jiān)測以其較遠(yuǎn)的探測距離、能夠?qū)崟r監(jiān)測、不易受惡劣氣候所影響等優(yōu)點,逐漸成為海態(tài)遙感的一個重要手段。在高頻地波雷達海洋環(huán)境監(jiān)測技術(shù)中,流場的反演技術(shù)已經(jīng)成熟并投入工程應(yīng)用,風(fēng)、浪場的反演技術(shù)仍處于研究階段。本文在某國防項目的支持下開展高頻地波雷達海態(tài)參數(shù)反演方法研究,對風(fēng)、浪、流三場的反演算法進行研究,最終整合出一套適用于高頻地波雷達的反演算法。本文首先闡述了高頻地波雷達進行海態(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理,實現(xiàn)高頻地波雷達海面回波譜的仿真模擬,并系統(tǒng)分析了回波譜與海洋動力學(xué)參數(shù)之間的聯(lián)系,指出進行參數(shù)反演時的基本條件。隨后,本文針對風(fēng)、浪、流三場的反演算法展開了研究。在浪場方面,本文系統(tǒng)分析了幾種國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)實測數(shù)據(jù)的特性,綜合算法的適用范圍和優(yōu)缺點,確定了一套修正后的反演精度較高的浪場反演算法,獲得較好的實測數(shù)據(jù)分析結(jié)果。在風(fēng)場方面,風(fēng)向提取的核心問題是消除風(fēng)向模糊性,本文對比分析了幾種消除風(fēng)向模糊的算法,最后采用改進的多波束最小二乘法來反演風(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行實測數(shù)據(jù)分析,取得了較好的結(jié)果。在流場方面,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回波多普勒譜的逼近函數(shù),對Bragg峰附近的譜進行了平滑處理,降低了由相參積累時間過高帶來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中Bragg峰位置識別不準(zhǔn)確的問題,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測數(shù)據(jù)分析結(jié)果,效果較好。
【關(guān)鍵詞】：高頻地波雷達 海洋環(huán)境監(jiān)測 反演 海洋動力學(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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN958
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 緒論9-17
• 1.1 高頻地波雷達海態(tài)遙感研究背景及意義9-11
• 1.2 高頻地波雷達的相關(guān)研究11-14
• 1.3 高頻地波雷達海態(tài)反演算法的相關(guān)研究14-16
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容16-17
• 第2章 高頻地波雷達海態(tài)遙感理論基礎(chǔ)17-37
• 2.1 海洋動力學(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理與模型23-28
• 2.2.1 Bragg散射機理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化處理28-31
• 2.3.2 仿真實現(xiàn)及結(jié)果分析31-36
• 2.4 本章小結(jié)36-37
• 第3章 浪場參數(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 海浪譜反演實測數(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 浪高反演實測數(shù)據(jù)分析45-48
• 3.6 本章小結(jié)48-49
• 第4章 海面風(fēng)場參數(shù)反演49-68
• 4.1 海面風(fēng)場風(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)向反演實測數(shù)據(jù)分析57-60
• 4.4 海面風(fēng)場風(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)速反演實測數(shù)據(jù)分析64-67
• 4.7 本章小結(jié)67-68
• 第5章 流場參數(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測數(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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