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X波段雷达图像的海浪信息提取

作　者: 王淑娟
导　师: 田纪伟；王剑
学　校: 中国海洋大学
专　业: 物理海洋学
关键词: 海浪方向谱 X波段雷达图像谱
分类号: P731.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 276次
引　用: 4次
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内容摘要

海浪是人们最熟悉的海洋现象,也是物理海洋学的一个重要研究领域。近年来,利用X波段导航雷达遥测海浪信息的研究引起了众多学者的兴趣。X波段雷达电磁波入射到海面时,与那些与雷达电磁波波长相当的、由风引起的毛细波产生布拉格(Bragg)散射,后向散射回波被雷达接收器接收,形成“海杂波”,而波长较长的长波通过对毛细波的流体动力调制、倾斜调制、阴影调制作用表现在海杂波图像上,由此可见,X波段雷达图像包含着丰富的海浪信息。因此,如何从X波段雷达图像中准确有效的获取海浪信息对海浪的研究具有重要的科学意义。本文首先从X波段雷达的海浪成像理论出发,介绍了Bragg共振理论和长波调制理论以及Bragg波和长波在雷达成像过程中的作用。分析了Bragg波通过共振机制后向散射电磁波的机制。介绍了长波对Bragg波的阴影调制、倾斜调制、流体动力调制、轨道调制等调制作用。在雷达成像理论分析的基础上,本文对从雷达图像中提取海浪信息的算法理论进行了研究。首先对获得的雷达图像时间序列进行三维离散傅立叶(Fourier)变换得到三维雷达图像谱。进而,利用频散关系,从雷达图像谱中获得表层流速。然后,利用流速不为零时的频散关系对雷达图像谱进行滤波。最后,根据雷达图像谱与海浪方向谱之间的经验传递函数得到海浪方向谱,从而得到更多的海浪统计信息,如主波周期、频率、方向等。最后,对在小麦岛进行的海上试验得到的雷达数据进行反演计算,并将计算结果和相对应的浮标数据进行对比,结果表明由雷达图像反演得到的海浪参数与浮标资料符合较好。这说明通过利用X波段雷达图像提取海浪信息的算法可获得真实可靠的海浪信息,尤其是在海洋状态十分恶劣的情况下,对于海洋的实时监测,具有非常重要的意义。

全文目录

摘要  2-3
Abstract  3-9
1 绪论  9-14
  1.1 引言  9
  1.2 海浪方向谱及其观测的困难  9-11
  1.3 X波段雷达海浪观测与反演技术的发展历程及研究现状  11-12
  1.4 本文的研究内容  12-14
2 X波段雷达海洋遥感基本原理  14-21
  2.1 引言  14
  2.2 几个基本概念  14-17
    2.2.1 镜面反射和后向散射  14-15
    2.2.2 Bragg散射  15-16
    2.2.3 极化  16
    2.2.4 雷达距离分辨率  16
    2.2.5 雷达方位向分辨率  16-17
  2.3 X波段雷达的海浪成像  17-20
    2.3.1 双尺度模式  17
    2.3.2 长波对短波的调制作用  17-20
  2.4 小结  20-21
3 海浪信息反演算法理论  21-33
  3.1 雷达图像  21-23
  3.2 三维傅立叶（Fourier）变换  23-24
  3.3 表层流反演  24-27
  3.4 海浪方向谱反演  27-29
  3.5 海浪参数反演  29-30
    3.5.1 海浪频谱  29
    3.5.2 方向分布函数  29-30
    3.5.3 海浪特征参数  30
  3.6 有效波高反演  30-31
  3.7 小结  31-33
4 海上试验及结果分析  33-46
  4.1 海面浪流信息提取系统（WCIES）简介  33-34
    4.1.1 X波段雷达  33
    4.1.2 信号采集系统  33-34
    4.1.3 浪流信息提取软件  34
  4.2 试验过程  34-35
    4.2.1 试验时间及地点  34-35
    4.2.2 数据的采集  35
  4.3 数据处理、分析、比较  35-44
    4.3.1 雷达数据的处理  35-36
    4.3.2 海浪方向谱、海浪频谱  36-40
    4.3.3 海浪统计参数的分析与比较  40-44
  4.4 小结  44-46
5 结语  46-48
参考文献  48-51
致谢  51

X波段雷达图像的海浪信息提取

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