一种利用高频地波雷达探测海面风向的方法技术

本发明专利技术提供了一种利用高频地波雷达探测海面风向的方法，属于高频地波雷达探测技术领域，包括以下步骤，根据海态单元的风向与雷达发射的波束方向夹角θw的绝对值|θw|，计算待求海态单元和与待求海态单元同一距离元左右相邻的多个海态单元的风向与所在波束方向夹角的绝对值|θw|i,i＝1,2,...,m，其中m为待求海态单元和与待求海态单元同一距离元左右相邻的多个波束海态单元的总个数；并构成一个集合C；求取逼近的一次函数

【技术实现步骤摘要】
一种利用高频地波雷达探测海面风向的方法
本专利技术涉及高频地波雷达探测
，特别涉及一种利用高频地波雷达探测海面风向的方法。
技术介绍
高频地波雷达，可以突破地球曲率的限制，探测到视线以下的目标，在雷达回波中往往掺杂着大量的干扰和噪声。海面回波是高频雷达目标探测中最主要的干扰之一，它的能量往往很高，严重影响目标的检测，应对其加以抑制；但从另一方面来讲，海面回波包含着大量的海态信息，是海态反演的主要检测对象。大量的观测结果表明海面回波的产生机理可以由布拉格谐振原理来解释，即当高频电磁波照射到粗糙的海面上时，电磁波会与海面相互作用发生强烈的散射，从而产生一阶海面回波。理论上，一阶海面回波会在雷达回波RD谱的频率轴上形成一对关于零频对称的能量尖峰，即Bragg(布拉格)峰，通过计算左右Bragg峰幅度的比值，可以得到海面风场的风向信息。风向的反演包括两部分，首先由海面回波谱的正负一阶Bragg峰提取风向与雷达波束夹角的绝对值；然后消除风向的模糊性。目前提取风向与雷达波束夹角的方法相对成熟，但消除风向模糊性的方法效果都不理想。现有的消除风向模糊性的方法中，包括多波束最小差值法，拟定相邻几个海态单元上测得的风向之差应在求和后等于零或近似等于零，但这种方法极有可能将相邻几个海态单元的风向同时解模糊错误；还包括利用待求海态单元和左右相邻波束上的海态单元与风向的夹角的大小关系来判断待求海态单元的风向可能值，但是这种方法抗干扰性不强，当待求海态单元与风向夹角或相邻波束海态单元与风向夹角中的任意一个测量出错时，会出现解模糊错误问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术旨在提出一种利用高频地波雷达探测海面风向的方法，包括以下步骤：步骤1，根据海态单元的风向与雷达发射的波束方向夹角θw的绝对值|θw|，计算待求海态单元和与待求海态单元同一距离元左右相邻的多个海态单元的风向与所在波束方向夹角的绝对值|θw|i,i＝1,2,...,m，其中m为待求海态单元和与待求海态单元同一距离元左右相邻的多个波束海态单元的总个数；步骤2，将步骤1获得的所述待求海态单元和与待求海态单元同一距离元左右相邻的多个海态单元的风向与所在波束方向夹角的绝对值|θw|i,i＝1,2,...,m构成一个集合C；步骤3,根据步骤2获得的所述集合C，求取逼近的一次函数其中为波束号，为对应波束上海态单元的风向与波束方向夹角的绝对值，k为斜率且k不为0，b为截距；步骤4，计算待求海态单元的风向且其中，为所述待求海态单元的风向，为所述待求海态单元所在波束的方向，|θw|n为所述待求海态单元的风向与所在波束方向夹角的绝对值，±代表风向的不确定性；；步骤5，根据步骤3得到的所述k值的正负关系，判断步骤4中所述待求海态单元的风向，得到所述待求海态单元的风向值。较佳的，步骤5中判断所述待求海态单元的风向及获得所述待求海态单元的风向值的方法如下：若k＞0，且当波束的角度依次增大时，该海态单元风向值为当波束的角度依次减小时，该海态单元风向值为若k＜0，当波束的角度依次增大时，该海态单元风向值为当波束的角度依次减小时，判断该海态单元风向值为其中所述波束的角度的增大或减小，以所述待求海态单元所在的波束方向为参考，在其顺时针方向的所述波束的角度为增大，在其逆时针方向的所述波束的角度为减小。较佳的，步骤1中所述海态单元的风向与雷达发射的波束方向夹角的绝对值|θw|通过以下方法步骤获得：步骤11，根据雷达的工作频率，并通过公式2计算理论布拉格频率fB，所述公式2为其中f0为雷达的工作频率；步骤12，根据雷达发射电磁波的波长，并通过公式3计算频偏的最大值Δfm，所述公式3为其中λ为雷达发射电磁波的波长，Vm为洋流径向流速的最大值；步骤13，根据步骤12中求得的布拉格频偏的最大值Δfm与步骤11中得到的理论布拉格频率fB，确定一阶布拉格峰的搜索范围；步骤14，在步骤13所述的一阶布拉格峰的搜索范围内确定正一阶布拉格峰和负一阶布拉格峰；步骤15，根据公式4计算正一阶布拉格峰和负一阶布拉格峰幅度比值R，所述公式4为其中B+为正一阶布拉格峰的幅度值，B-为负一阶布拉格峰的幅度值。步骤16，根据公式5以及步骤15得到的正一阶布拉格峰和负一阶布拉格峰幅度比值R，得到|θw|＝2arctan[10R/(10s)]，所述公式5为R＝10lg[tans(|θw|/2)]，其中s为扩展因子，代表海浪关于风向的分散程度，s的取值范围为[2,16]。较佳的，步骤12中所述洋流径向流速的最大值Vm通过雷达探测海域的海态数据经验获得。较佳的，步骤13中所述一阶布拉格峰的搜索范围，包括正一阶布拉格峰的搜索范围和负一阶布拉格峰的搜索范围，且所述正一阶布拉格峰的搜索范围为[fB-Δfm,fB+Δfm]，所述负一阶布拉格峰的搜索范围为[-fB-Δfm,-fB+Δfm]。较佳的，步骤14中所述正一阶布拉格峰和负一阶布拉格峰通过以下方式确定，在所述正一阶布拉格峰的搜索范围和所述负一阶布拉格峰的搜索范围内分别取幅度最大值点作为所述正一阶布拉格峰和所述负一阶布拉格峰。较佳的，根据公式7计算步骤4中所述逼近的一次函数中的k值和b值，所述公式7为其中aj为待求的逼近函数的系数，且a1＝k,a0＝b。较佳的，所述公式7中Xjl和Yl，通过公式8获得，所述公式8如下:其中和为选定的线性无关函数，xi为第i个海态单元所在的波束号，yi为第xi波束上的海态单元的风向与波束方向夹角的绝对值|θw|i，Xjl为m个点上的线性无关函数和的乘积之和，Yl为m个点上的和yi的乘积之和。与传统方法比较，本专利技术利用左右相邻多个海态单元上的数据信息求解风向值，提供了一种利用高频地波雷达探测海面风向的方法，避免了传统方法由于外界干扰对某一海态单元的影响而导致解模糊错误问题，方法更有效、抗干扰性更强。附图说明构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术中一种利用高频地波雷达探测海面风向的方法流程图；图2是本专利技术实施例1中第4波束第47距离门的多普勒回波谱图；图3是本专利技术实施例1中第4波束第47距离门单元的风向求解示意图；图4是本专利技术实施例1中风向反演结果示意图；图5是本专利技术实施例2中第4波束第30距离门的多普勒回波谱图；图6是本专利技术实施例2中第4波束第30距离门单元的风向求解示意图；图7是本专利技术实施例2中风向反演结果示意图。具体实施方式下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。本专利技术基于在一小块海域中风向是相同或缓变的这一规律，提供了一种利用高频地波雷达探测海面风向的方法，将待求海态单元和同一距离元左右相邻多个波束海态单元上风向与波束方向夹角的绝对值构成一个集合，求取逼近函数，根据逼近函数的变化规律来消除风向模糊得到真实风向，具体包括以下步骤：步骤1，根据海态单元的风向与雷达发射的波束方向夹角θw的绝对值|θw|，计算待求海态单元和与待求海态单元同一距离元左右相邻的多个海态单元的风向与所在波束方向夹角的绝对值|θw|i,i＝1,2,...,m，其中m为待求海态单元和与待求海态单元同一距离元左右相邻的多个波束海态单元的总个数；步骤2，将步骤1获得的所述待求海本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用高频地波雷达探测海面风向的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，根据海态单元的风向与雷达发射的波束方向夹角θw的绝对值|θw|，计算待求海态单元和与待求海态单元同一距离元左右相邻的多个海态单元的风向与所在波束方向夹角的绝对值|θw|i,i＝1,2,...,m，其中m为待求海态单元和与待求海态单元同一距离元左右相邻的多个波束海态单元的总个数；步骤2，将步骤1获得的所述待求海态单元和与所述待求海态单元同一距离元左右相邻的多个海态单元的风向与所在波束方向夹角的绝对值|θw|i,i＝1,2,...,m构成一个集合C；步骤3,根据步骤2获得的所述集合C，求取逼近的一次函数

【技术特征摘要】
1.一种利用高频地波雷达探测海面风向的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，根据海态单元的风向与雷达发射的波束方向夹角θw的绝对值|θw|，计算待求海态单元和与待求海态单元同一距离元左右相邻的多个海态单元的风向与所在波束方向夹角的绝对值|θw|i,i＝1,2,...,m，其中m为待求海态单元和与待求海态单元同一距离元左右相邻的多个波束海态单元的总个数；步骤2，将步骤1获得的所述待求海态单元和与所述待求海态单元同一距离元左右相邻的多个海态单元的风向与所在波束方向夹角的绝对值|θw|i,i＝1,2,...,m构成一个集合C；步骤3,根据步骤2获得的所述集合C，求取逼近的一次函数其中为波束号，为对应波束上海态单元的风向与波束方向夹角的绝对值，k为斜率且k不为0，b为截距；步骤4，计算待求海态单元的风向其中，为所述待求海态单元的风向，为所述待求海态单元所在波束的方向，|θw|n为所述待求海态单元的风向与所在波束方向夹角的绝对值,±代表风向的不确定性；步骤5，根据步骤3得到的所述k值的正负关系，判断步骤4中所述待求海态单元的风向，得到所述待求海态单元的风向值。2.根据权利要求1所述的利用高频地波雷达探测海面风向的方法，其特征在于，步骤5中判断所述待求海态单元的风向及获得所述待求海态单元的风向值的方法如下：若k＞0，且当波束的角度依次增大时，该海态单元风向值为当波束的角度依次减小时，该海态单元风向值为若k＜0，当波束的角度依次增大时，该海态单元风向值为当波束的角度依次减小时，判断该海态单元风向值为其中所述波束的角度的增大或减小，以所述待求海态单元所在的波束方向为参考，在其顺时针方向的所述波束的角度为增大，在其逆时针方向的所述波束的角度为减小。3.根据权利要求1所述的利用高频地波雷达探测海面风向的方法，其特征在于，步骤1中所述海态单元的风向与雷达发射的波束方向夹角的绝对值|θw|通过以下方法步骤获得：步骤11，根据雷达的工作频率，并通过公式2计算理论布拉格频率fB，所述公式2为其中f0为雷达的工作频率；步骤12，根据雷达发射电磁波的波长，并通过公式3计算频偏的最大值Δfm，所述公式3为其中λ为雷达发射电磁波的波长，Vm为洋流径向流...

【专利技术属性】
技术研发人员：董英凝，杨春奇，李鸿志，邓维波，张鑫，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23