一种星载波谱仪海浪方向谱180制造技术

本发明专利技术公开了一种星载波谱仪海浪方向谱180

【技术实现步骤摘要】
一种星载波谱仪海浪方向谱180
°
浪向模糊去除方法及系统


[0001]本专利技术涉及微波遥感领域，更具体地，涉及一种星载波谱仪海浪方向谱180
°
浪向模糊去除方法及系统。

技术介绍

[0002]为了满足全球海洋灾害性海况预警、环境预报等海洋科学研究及应用的需求，我国与法国共同研发了中法海洋卫星CFOSAT，并于2018年发射升空。目前卫星上搭载的星载波谱仪SWIM可以获取大面积长时间序列的全球海浪谱信息。海浪波谱仪研究以及应用对解释海洋现象、研究海洋应用、开拓海洋发展以及预报海洋信息等方面有着重要的意义。
[0003]海浪方向谱是波面函数自相关的傅里叶变换，它可以表征探测范围内海浪能量在各个波向及波数上的分布。我们对SWIM在探测海面过程中接收到的回波信号进行自相关函数的傅里叶变换得到波动谱，然后从波动谱中提取海浪方向谱。由自相关函数的傅里叶变换得到的波动谱在波数域呈对称分布，所以由此得到的二维海浪谱存在180
°
浪向模糊问题，即会得到浪向相差180
°
的两个对称海浪成分。
[0004]利用交叉谱法去除浪向模糊时，需要计算时间间隔为Δt的两个波动信号之间的交叉谱，进而判断海浪的传播方向。然而，根据上述SWIM探测海面的过程可以得知，由于卫星的飞行及雷达探测天线的旋转，导致相同波束在探测海面时，雷达足印重合率低，信号的相干性弱，提取海浪浪向信息准确度低。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种星载波谱仪海浪方向谱180
°
浪向模糊去除方法及系统，旨在解决现有星载波谱仪探测的海浪方向谱中存在180
°
浪向模糊的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种星载波谱仪海浪方向谱180
°
浪向模糊去除方法，包括以下步骤：
[0007]S1.以星载波谱仪电扫描的探测方式控制波束在时间间隔Δt内的指向不变，分别在t和t+Δt时刻探测海面并提取含有海浪波动信息的波动信号；
[0008]S2.根据t时刻的波动信号提取海浪方向谱，得到相差180
°
的浪向观测方位角和浪向模糊观测方位角；
[0009]S3.对t和t+Δt时刻的波动信号进行交叉谱计算；
[0010]S4.根据交叉谱虚部的特性提取浪向，去除海浪方向谱180
°
浪向模糊。
[0011]优选地，S3包括：采用平均周期图法计算交叉谱，将t时刻和t+Δt时刻的波动信号m1(x,φ)和m2(x,φ)分为若干段，计算每段信号的交叉谱，最后取各段的平均作为交叉谱的渐进一致无偏估计值，其中x为地距，φ为观测方位角，k为波数。
[0012]交叉谱为：
[0013][0014]其中，为第i段波动信号的交叉谱，u＝1,2,...M，q＝1,2,...Q，分别为t和t+Δt时刻第i段离散化的波动信号，dx为海面面元尺寸，Q为傅里叶变换的长度。
[0015]交叉谱的虚部为：
[0016][0017][0018]其中，ω为角频率。
[0019]当交叉谱的虚部为正时，浪向观测方位角即为浪向；
[0020]当交叉谱的虚部为负时，浪向模糊观测方位角即为浪向。
[0021]本专利技术还提供了一种星载波谱仪海浪方向谱180
°
浪向模糊去除系统，包括：计算机可读存储介质和处理器；
[0022]所述计算机可读存储介质用于存储可执行指令；
[0023]所述处理器用于读取所述计算机可读存储介质中存储的可执行指令，执行上述的星载波谱仪海浪方向谱180
°
浪向模糊去除方法。
[0024]通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，为了更准确的提取浪向信息，需要保证雷达回波信号的相关性。因此，本专利技术提供了一种区别于机械扫描的扫描方式，即电扫描。电扫描可以灵活控制入射波束的方向及扫描时间，保证在Δt的时间间隔内波束指向不变，即探测海面的观测向不变，以保证海面的相关性，进而保证进行交叉谱计算的两个波动信号有足够的相关性。利用交叉谱法去除浪向模糊可以提高星载波谱仪海浪谱以及海浪参数的反演精度，进而推进星载波谱仪海浪谱数据的应用。本专利技术提出星载波谱仪海浪方向谱180
°
浪向模糊去除方法。由于电扫描的探测方式增加了不同时间探测得到的波动信号的相关性，交叉谱法能够去除海浪方向谱中180
°
浪向模糊。
附图说明
[0025]图1是使用本专利技术实施例提供的星载波谱仪海浪方向谱180
°
浪向模糊去除的流程图；
[0026]图2(a)是风浪条件下的交叉谱实部；
[0027]图2(b)是风浪条件下的交叉谱虚部；
[0028]图3(a)是涌浪条件下的交叉谱实部；
[0029]图3(b)是涌浪条件下的交叉谱虚部。
具体实施方式
[0030]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对
本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间不构成冲突就可以相互组合。
[0031]本专利技术公开了一种星载波谱仪海浪方向谱180
°
浪向模糊去除方法，通过电扫描的方法保持探测海面的观测向不变，保证进行交叉谱计算的两个波动信号有足够的相关性。对含有海浪波动信息且时间间隔为Δt的波动信号采用平均周期图法进行交叉谱计算，并对交叉谱的实部和虚部的谱型分布特征进行分析。利用交叉谱的虚部反对称性质，去除实部中的浪向模糊，确定海浪的传播方向。
[0032]如图1所示，本专利技术提供一种星载波谱仪海浪方向谱180
°
浪向模糊去除的方法，该方法包含以下步骤：
[0033]S1.以星载波谱仪电扫描的探测方式控制波束在时间间隔Δt内的指向不变，分别在t和t+Δt时刻探测海面并提取含有海浪波动信息的波动信号；
[0034]S2.根据t时刻的波动信号提取海浪方向谱，得到相差180
°
的浪向观测方位角和浪向模糊观测方位角；
[0035]S3.对t和t+Δt时刻的波动信号进行交叉谱计算；
[0036]S4.根据交叉谱虚部的特性提取浪向，去除海浪方向谱180
°
浪向模糊。
[0037]具体地，步骤S1以电扫描的探测方式控制波束在时间间隔Δt内的指向不变，分别在t和t+Δt时刻探测海面并提取含有海浪波动信息的波动信号。t时刻，海面的波面函数可以表示如下：
[0038][0039]t+Δt时刻，海面的波面函数可以表示如下：
[0040][0041]其中，a
mn
表示振幅，ω
mn
表示角频率，ε
mn...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种星载波谱仪海浪方向谱180
°
浪向模糊去除方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.以电扫描的探测方式控制波束在时间间隔Δt内的指向不变，分别在t和t+Δt时刻探测海面并提取含有海浪波动信息的波动信号；S2.根据t时刻的波动信号提取海浪方向谱，得到相差180
°
的浪向观测方位角和浪向模糊观测方位角；S3.对t和t+Δt时刻的波动信号进行交叉谱计算；S4.根据交叉谱虚部的特性提取浪向，去除海浪方向谱180
°
浪向模糊。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S3具体包括：采用平均周期图法计算交叉谱，将t时刻和t+Δt时刻的波动信号m1(x,φ)和m2(x,φ)分为若干段，计算每段信号的交叉谱，最后取各段的平均作为交叉谱的渐进一致无偏估计值，其中x为地距，φ为观测方位角，k为波数。3.根据权利要求2所述的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐莹，陈萍，李香杰，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：