一种小孔径双基地高频雷达的无向浪高谱反演方法技术

本发明专利技术公开了一种小孔径双基地高频雷达的无向浪高谱反演方法。首先使用傅立叶变换将小孔径双基地高频雷达的原始数据变换为宽波束海洋回波，然后从宽波束海洋回波中提取出一阶海洋回波，并计算一阶海洋回波的能量；接着从宽波束海洋回波中提取出满足信噪比条件和多普勒角频率条件的二阶海洋回波，并将二阶海洋回波除以一阶海洋回波能量得到归一化二阶海洋回波；然后利用海流流速、海流方向以及海浪的方向分布因子构建出将无向浪高谱映射为归一化二阶海洋回波的转换矩阵；最后通过逆映射的方式从归一化二阶海洋回波中计算出无向浪高谱。本发明专利技术具有计算效率高、计算精度高、能够跨平台进行软件部署等优点。够跨平台进行软件部署等优点。够跨平台进行软件部署等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种小孔径双基地高频雷达的无向浪高谱反演方法


[0001]本专利技术属于小孔径双基地高频雷达海洋遥感
，具体涉及一种小孔径双基地高频雷达的无向浪高谱反演方法。

技术介绍

[0002]自2000年以来，双基地高频雷达成为了高频雷达海洋遥感领域内的研究热点。与传统体制的单基地高频雷达相比，双基地高频雷达具有以下三点优势：第一，对于同一海况的海面，收发分离的几何结构使得双基地高频雷达能够多方位观测海面；第二，双基地高频雷达的探测范围更大；第三，双基地高频雷达能够在共用一个发射站的条件下，布置多个接收站，即双基地高频雷达的多站组网更便捷，同时由于共享发射站点，双基地高频雷达组网的制造和维护成本更低。
[0003]尽管新体制双基地高频雷达有很多优点，但是其接收天线阵列的孔径大小仍然是实际应用中需要折中考虑的问题。海边的平坦陆地面积通常较小，无法提供足够大的场地来安装大孔径雷达接收天线阵列，因此双基地高频雷达通常采用小孔径接收天线阵列。这种配备了小孔径接收天线阵列的双基地高频雷达简称为小孔径双基地高频雷达。小孔径双基地高频雷达采集到的海洋回波本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种小孔径双基地高频雷达的无向浪高谱反演方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，对高频雷达原始数据矩阵进行离散傅里叶变换，得到宽波束海洋回波σ
n
；步骤2，搜索步骤1所得宽波束海洋回波的最大值点，即宽波束一阶海洋回波区域的峰值点并记录该峰值点的索引步骤3，从步骤2所得索引处出发，向左连续搜索满足与峰值点之间相差小于等于D1个分贝的海洋回波点，确定出宽波束一阶海洋回波区域左边端点的索引n
left
；步骤4，从步骤2所得索引处出发，向右连续搜索满足与峰值点之间相差小于等于D1个分贝的海洋回波点，确定出宽波束一阶海洋回波区域右边端点的索引n
right
；步骤5，将步骤3和步骤4所共同确定的宽波束一阶海洋回波区域[n
left
,n
right
]内的宽波束海洋回波进行累加，计算出宽波束一阶海洋回波能量σ；步骤6，先根据雷达工作频率f0、重力加速度g、光速c计算出来Bragg角频率ω
B
，然后从步骤1所得宽波束海洋回波的行向量左右两边分别选取M个点，估计噪声水平σ
noise
；步骤7，搜索出满足信噪比条件和多普勒角频率条件的宽波束二阶海洋回波区域；步骤8，将步骤7所得的宽波束二阶海洋回波除以步骤5所得宽波束一阶海洋回波能量σ，计算出归一化宽波束二阶海洋回波r；步骤9，将小孔径双基地高频雷达的接收天线阵列所覆盖的来波方位范围[ψ
min
,ψ
max
]进行离散化，然后根据双基地高频雷达椭圆形等距线的双程距离R、双基地高频雷达发射站与接收站之间的直线距离R0计算出每一个来波方位ψ
j
所对应角度元的散射方位角入射角度和散射角度步骤10，在考虑海流速大小v、海流方向对步骤1所得宽波束海洋回波存在影响的情况下，结合海浪的方向因子G(
·
)，对步骤9所得每一个来波方位ψ
j
计算出一个L行Q列的转换矩阵Γ
j
；步骤11，利用步骤10得到的J个转换矩阵Γ1、Γ2、
…
、Γ
J
和海浪的方向因子G(
·
)在平均角度处的J个取值得到归一化转换矩阵Γ；步骤12，对步骤11所得归一化转换矩阵Γ进行奇异值分解，并将小于W的奇异值置为0后，计算出归一化转换矩阵Γ的伪逆矩阵步骤13，使用矩阵乘法将步骤12所得伪逆矩阵乘以步骤8所得归一化宽波束二阶海洋回波r，计算出无向浪高谱s。2.如权利要求1所述的一种小孔径双基地高频雷达的无向浪高谱反演方法，其特征在于：步骤1中对高频雷达原始数据矩阵进行离散傅里叶变换，得到的呈现为多普勒谱形式的宽波束海洋回波如下：[σ
1 σ2ꢀ…ꢀ
σ
n
ꢀ…ꢀ
σ
N
]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)式中，宽波束海洋回波为N点的行向量，N为采样点数，n为行向量元素的索引；根据雷达的多普勒采样周期T和采样点数N，由采样定理计算出由多普勒角频率组成的行向量如下：[ω
1 ω2ꢀ…ꢀ
ω
n
ꢀ…ꢀ
ω
N
]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)式中，每一个多普勒角频率ω
n
与海洋回波的点σ
n
一一对应。
3.如权利要求1所述的一种小孔径双基地高频雷达的无向浪高谱反演方法，其特征在于：步骤3中宽波束一阶海洋回波区域左边端点的索引n
left
的计算方式如下：
①
初始化索引为
②
令索引n减去1；
③
判断条件是否成立，如果成立，则返回
②
；否则，执行
④
；
④
结束搜索，并输出n
left
＝n。4.如权利要求1所述的一种小孔径双基地高频雷达的无向浪高谱反演方法，其特征在于：步骤4中宽波束一阶海洋回波区域右边端点的索引n
right
的计算方式如下：
①
初始化索引为
②
令索引n加上1；
③
判断条件是否成立，如果成立，则返回
②
；否则，执行
④
；
④
结束搜索，并输出n
right
＝n。5.如权利要求1所述的一种小孔径双基地高频雷达的无向浪高谱反演方法，其特征在于：步骤6中Bragg角频率ω
B
的计算方式如下：式中，f0为雷达工作频率，g为重力加速度，c为光速；噪声水平σ
noise
的计算方式如下：式中，σ
n
为索引为n对应的宽波束海洋回波，M为选择的点的个数，N为采样点数。6.如权利要求1所述的一种小孔径双基地高频雷达的无向浪高谱反演方法，其特征在于：步骤7的实现方式有两种，方式一：从步骤3所得宽波束一阶海洋回波区域左边端点n
left
处起，向左搜索出比步骤6所得噪声水平σ
noise
高出D2分贝并且多普勒角频率满足不等式的宽波束二阶海洋回波区域，具体实现方式说明如下：
①
初始化索引为n＝n
left
，初始化一个空的数组Index；
②
令索引n减去1；
③
判断条件是否成立，如果成立，继续执行
④
；否则，执行
⑤
；
④
判断条件10log
10
σ
n
‑
10log
10
σ

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晨，丁凡，陈泽宗，邓敏，王珽，柳瑞，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：