【摘要】：海浪方向譜是十分重要的海浪信息,通過(guò)海浪方向譜可以計(jì)算海洋波浪場(chǎng)的統(tǒng)計(jì)特性(有效波高,周期,波長(zhǎng),波向,波陡等),所以獲取高精度的海浪方向譜非常重要。海浪波譜儀是專(zhuān)門(mén)用來(lái)測(cè)量海浪譜的小入射角真實(shí)孔徑雷達(dá),全球第一臺(tái)星載波譜儀SWIM(Surface Wave Investigation and Monitoring)將搭載于中法衛(wèi)星上測(cè)量全球范圍內(nèi)的海浪方向譜。本文根據(jù)波譜儀探測(cè)海浪方向譜原理,通過(guò)仿真的手段對(duì)星載波譜儀海浪譜反演中關(guān)鍵步驟所涉及的算法進(jìn)行研究,包括不同調(diào)制譜估計(jì)方法及其性能、不同斑點(diǎn)噪聲的去除方法及其性能、不同混合浪分區(qū)以及海浪參數(shù)提取方法及其性能,有助于提高星載波譜儀SWIM探測(cè)海浪方向譜的精度以及波譜儀數(shù)據(jù)的應(yīng)用水平。本文首先介紹了波譜儀測(cè)量海浪方向譜的原理以及海浪方向譜反演仿真平臺(tái)的數(shù)據(jù)處理過(guò)程。然后研究了不同調(diào)制譜估計(jì)方法(周期圖法,Welch法,AR模型法以及最小方差法)的反演性能,仿真結(jié)果表明,最小方差法和AR模型法在一定海況下反演性能要優(yōu)于其他方法,并且隨著雷達(dá)中心入射角下降各個(gè)方法的反演性能都會(huì)略微下降;接著,鑒于斑點(diǎn)噪聲對(duì)海浪譜反演性能的重要影響,重點(diǎn)對(duì)波譜儀接收信號(hào)斑點(diǎn)噪聲的形成機(jī)理和去除方法進(jìn)行了研究,仿真發(fā)現(xiàn),后積分法和交叉譜法去噪的適用條件更廣,而且反演精度也較好,符合波譜儀反演性能要求。本文的另一個(gè)研究?jī)?nèi)容是對(duì)反演得到的混合海浪譜進(jìn)行海浪分區(qū)。實(shí)際海洋中大多情況下都是風(fēng)浪與涌浪并存的混合浪,本文基于海浪能量線(xiàn)性疊加原理與海浪譜經(jīng)驗(yàn)公式,在正演仿真中模擬了混合浪的海面,在反演仿真中,采用綜合考慮海浪方向譜的波數(shù)、方位向分布信息的分離波數(shù)法來(lái)提取風(fēng)浪和涌浪成分,計(jì)算各個(gè)海浪成分的海浪參數(shù)并與理論參考值進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TH766
【圖文】：

（a）波譜儀模式 （b）高度計(jì)模式圖 1.1 ROWS 的幾何觀(guān)測(cè)圖2.法國(guó) CNES 的 RESSAC、STORM 和 KuROS上世紀(jì) 90 年代初，法國(guó) CNES 的 Hauser 等人基于 ROWS 雷達(dá)系統(tǒng)的探測(cè)出一種名為 RESSAC（Radar pour l’Etude du Spectre de Surface par Analysire）的機(jī)載雷達(dá)系統(tǒng)[15]。RESSAC 和 ROWS 的測(cè)量原理一致，但是雷達(dá)波波段變?yōu)榱?C 波段 FM/CW（Frequency Modulated/Continuous Wave），并且中心入射角為 14°的斜視波束，去除了高度計(jì)模式，具有系統(tǒng)造價(jià)低和功的優(yōu)勢(shì)。RESSAC 的主要系統(tǒng)參數(shù)和觀(guān)測(cè)示意圖如表 1.2 和圖 1.2 所示。通行實(shí)驗(yàn)獲得了大量的海面觀(guān)測(cè)信息，經(jīng)過(guò)研究 Hauser 發(fā)現(xiàn)海浪的均方根斜接由系統(tǒng)測(cè)量數(shù)據(jù)反演得到并且不需要輸入風(fēng)場(chǎng)信息，進(jìn)而計(jì)算出調(diào)制比將 RESSAC 飛行實(shí)驗(yàn)反演出的海浪方向譜與浮標(biāo)數(shù)據(jù)相匹配，其吻合度較了波譜儀探測(cè)海浪方向譜的可行性。表 1.2 RESSAC 的主要系統(tǒng)參數(shù) 指標(biāo)

圖 1.2 RESSAC 的幾何觀(guān)測(cè)圖年，基于 RESSAC 雷達(dá)系統(tǒng)測(cè)量原理，Hauser 等人改進(jìn)了 RESSA為 STORM[19]，與 RESSAC 雷達(dá)系統(tǒng)不同的是，STORM 的天線(xiàn)平0°，轉(zhuǎn)速擴(kuò)大到 3 rpm，并且對(duì)波數(shù)寬度進(jìn)行了調(diào)整，而且采用雙收雙極化信號(hào)，使其可用于研究極化方向和海面散射特性之間的主要性能指標(biāo)和觀(guān)測(cè)示意圖具體可參見(jiàn)表 1.3 和圖 1.3。表 1.3 STORM 的主要系統(tǒng)參數(shù)指標(biāo)FM-CW2 km 至 3 kmC 波段發(fā)射信號(hào)，水平極化和垂直極化方式交替進(jìn)行（每個(gè) 7.5接收信號(hào)，水平極化和垂直極化同時(shí)進(jìn)行20°

圖 1.3 STORM 的幾何觀(guān)測(cè)圖為了配合 2018 年中法海洋星的發(fā)射，法國(guó)空間局 CNES 開(kāi)展ROS 的機(jī)載飛行試驗(yàn)[20]。KuROS 雷達(dá)系統(tǒng)包含兩個(gè)天線(xiàn)：低入射角（MI）天線(xiàn)，分別對(duì)應(yīng)中法星上波譜儀和散射計(jì)的天線(xiàn)要參數(shù)如表 1.4 所示。雷達(dá)系統(tǒng)觀(guān)測(cè)的幾何示意圖如圖 1.4 LI 天線(xiàn)和 MI 天線(xiàn)的足印。表 1.4 KuRos 雷達(dá)的主要系統(tǒng)參數(shù)指標(biāo)13.5 GHz11 W天線(xiàn) 入射角范圍 14°±8°I）天線(xiàn) 入射角范圍 40°±8°1.5m（LI），5m（MI）HH for LI，HH-VV for NI

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 張峰;尹麗;石現(xiàn)峰;;振動(dòng)信號(hào)的最小方差譜估計(jì)算法[J];計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展;2015年10期

2 李水清;趙棟梁;;風(fēng)浪和涌浪分離方法的比較[J];海洋學(xué)報(bào)(中文版);2012年02期

3 林文明;董曉龍;;星載雷達(dá)波譜儀反演海浪譜的精度研究[J];海洋學(xué)報(bào)(中文版);2010年05期

4 趙棟梁,管長(zhǎng)龍,吳克儉,文圣常;海浪方向譜估計(jì)方法的比較[J];海洋學(xué)報(bào)(中文版);1999年03期

本文編號(hào)：2806610