本文關(guān)鍵詞：超高頻雷達(dá)海洋表面流及風(fēng)向反演算法研究

  更多相關(guān)文章： 超高頻雷達(dá) 海洋表面徑向流速 海面風(fēng)向 數(shù)字波束形成

【摘要】：海洋動力學(xué)參數(shù)作為海洋環(huán)境監(jiān)測的重要內(nèi)容之一,對其進(jìn)行長期、實(shí)時(shí)監(jiān)測有利于合理開發(fā)利用海洋資源,為海洋科學(xué)研究、提高海上安全提供技術(shù)支持,尤其是近岸海域的實(shí)時(shí)監(jiān)測,對于保障并促進(jìn)沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著重要的意義。高頻地波雷達(dá)在海洋環(huán)境參數(shù)監(jiān)測方面起到極其重要的作用,在海洋開發(fā)與利用方面得到廣泛應(yīng)用,然而高頻雷達(dá)在實(shí)施海洋狀態(tài)監(jiān)測時(shí)由于其距離分辨單元較大且反演精度受高頻段噪聲干擾的影響,難以得到精細(xì)化的海面狀態(tài)信息。超高頻雷達(dá)相比高頻雷達(dá)具有更高的分辨性能,波長介于高頻和微波之間,滿足重力波條件,回波中含有豐富的海洋動力信息,且超高頻段外界噪聲干擾小,上述特點(diǎn)表明了超高頻雷達(dá)具有近岸海洋環(huán)境監(jiān)測的潛力。本文主要研究基于超高頻雷達(dá)的近岸海域表面徑向流速及風(fēng)向提取算法。在海洋表面徑向流速提取方面,主要利用海浪對雷達(dá)電磁波的后向布拉格散射機(jī)理及多普勒效應(yīng),根據(jù)布拉格散射產(chǎn)生的多普勒頻移獲取徑向流速信息。近岸海域的地形、海流均較復(fù)雜,超高頻雷達(dá)波長約0.88m,能夠同時(shí)提取海浪毛細(xì)波與重力波信息,與海浪作用敏感,得以實(shí)現(xiàn)近岸海洋表面流的精細(xì)測量。正因?yàn)槌哳l雷達(dá)波長較短,與高頻雷達(dá)回波譜不同,超高頻雷達(dá)海洋回波譜中流速造成的一階峰與二階譜展寬嚴(yán)重,容易混疊在一起,難以劃分出一階峰區(qū)域。在本文中設(shè)計(jì)采用數(shù)字波束形成來解決譜展寬的問題,并實(shí)現(xiàn)流速方位信息提取。實(shí)驗(yàn)表明,雷達(dá)反演的徑向流速結(jié)果與浮標(biāo)數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.88,但是均方根誤差卻很大。通過分析發(fā)現(xiàn)超高頻雷達(dá)探測的海洋表面流速屬于表皮流,其不僅受到潮汐效應(yīng)、地球自轉(zhuǎn)的影響,還在一定程度上受當(dāng)?shù)仫L(fēng)速及風(fēng)向的影響。在海面風(fēng)向提取方面,本文主要基于高頻雷達(dá)風(fēng)向反演理論,即一階海洋回波理論和正負(fù)一階峰比值與風(fēng)向的半經(jīng)驗(yàn)關(guān)系。高頻雷達(dá)在海面風(fēng)速較小時(shí)風(fēng)向反演精度較低,超高頻雷達(dá)借助其波長短的優(yōu)勢,能夠響應(yīng)較低風(fēng)速下的海洋狀態(tài),提高低風(fēng)速下風(fēng)向的反演精度。本文中采用數(shù)字波束形成算法進(jìn)行方位信息提取,并利用最小二乘多波束算法解決風(fēng)向模糊問題。超高頻雷達(dá)提取的風(fēng)向結(jié)果與浮標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比,二者相關(guān)系數(shù)為0.85,均方根誤差為25°,其中在低風(fēng)速下(風(fēng)速小于5m/s),超高頻雷達(dá)風(fēng)向提取結(jié)果與浮標(biāo)數(shù)據(jù)相關(guān)系數(shù)可達(dá)0.9,均方根誤差為26°,良好的結(jié)果表明了利用超高頻雷達(dá)監(jiān)測海面風(fēng)向的可行性和有效性。在低風(fēng)速情況下,超高頻雷達(dá)能夠準(zhǔn)確提取風(fēng)向信息,彌補(bǔ)高頻雷達(dá)在低風(fēng)速條件下風(fēng)向測量不準(zhǔn)的不足。在高風(fēng)速下(平均風(fēng)速大于10m/s),超高頻雷達(dá)仍能夠提取風(fēng)向信息,但是風(fēng)向的反演精度會受到影響,與浮標(biāo)風(fēng)向的相關(guān)系數(shù)較低。本文首次將超高頻雷達(dá)應(yīng)用在海洋表面流及風(fēng)向信息提取中,并給出了反演算法。通過對比分析浮標(biāo)數(shù)據(jù)與雷達(dá)反演結(jié)果,驗(yàn)證了超高頻雷達(dá)應(yīng)用在近岸海域海洋動力參數(shù)監(jiān)測的可行性。
【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：P715;TN958

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 胡琴芝;;未來三十年十項(xiàng)最“酷”發(fā)明(上)[J];奇聞怪事;2010年10期

2 馬壽春;;未來最“酷”發(fā)明[J];科學(xué)之友(A版);2009年08期

3 ;[J];;年期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 姜大鵬;全數(shù)字超高頻海洋表面動力學(xué)參數(shù)探測雷達(dá)系統(tǒng)研制[D];武漢大學(xué);2013年

2 王思超;超高頻河流表面動力學(xué)參數(shù)雷達(dá)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)[D];武漢大學(xué);2014年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 李艷;超高頻雷達(dá)海洋表面流及風(fēng)向反演算法研究[D];武漢大學(xué);2017年

，

本文編號：1300213