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基于傅立叶变换的SAR图像谱估计

基于傅立叶变换的SAR图像谱估计

中国海洋湖沼学会第九次全国会员代表大会暨学术研讨会

作者：王贺杨劲松黄韦艮卫星海洋环境动力学国家重点实验室国家海洋局第二海洋研究所卫星海洋环境动力学国家重点实验室国家海洋局第二海洋研究所卫星海洋环境动力学国家重点实验室国家海洋局第二海洋研究所

＜正＞合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）是获取海浪方向谱的一种有效手段。在由 SAR 图像反演海浪方向谱时,估计 SAR 图像谱是反演算法的第一步。只有准确估计 SAR 图像谱才能最终准确反演海浪方向谱。因此,探索一种准确... 详细信息

＜正＞合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）是获取海浪方向谱的一种有效手段。在由 SAR 图像反演海浪方向谱时,估计 SAR 图像谱是反演算法的第一步。只有准确估计 SAR 图像谱才能最终准确反演海浪方向谱。因此,探索一种准确有效地估计 SAR 图像谱的方法, 对于 SAR 海浪遥感是十分必要的。

关键词：合成孔径雷达图像谱谱估计

来源： cnki会议评论

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X波段雷达图像的海浪信息提取

X波段雷达图像的海浪信息提取

作者：王淑娟中国海洋大学

学位级别：硕士

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)... 详细信息

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。

关键词：海浪方向谱 X波段雷达图像谱

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基于X波段雷达的表层流估计算法初步研究

海洋技术 2009年第1期28卷 74-77页

作者：王淑娟王峰王尚强海军航空工程学院青岛分院山东青岛266041 中国海洋大学信息科学与工程学院山东青岛266100

对X波段雷达记录的连续雷达图像进行分析,能够获取海浪和表层流信息。不存在海洋表层流情况下,雷达图像的谱能量分布在静水频散关系确定的平面上,而雷达相对海浪场的运动(比如表层流)使雷达图像的谱能量分布产生多普勒频移,对此频移进... 详细信息

对X波段雷达记录的连续雷达图像进行分析,能够获取海浪和表层流信息。不存在海洋表层流情况下,雷达图像的谱能量分布在静水频散关系确定的平面上,而雷达相对海浪场的运动(比如表层流)使雷达图像的谱能量分布产生多普勒频移,对此频移进行最小二乘拟合,可以确定表层流的大小和方向。

关键词： X波段雷达傅立叶变换图像谱最小二乘表层流

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X波段雷达海浪遥感机理及海浪信息反演

X波段雷达海浪遥感机理及海浪信息反演

作者：曾星中国海洋大学

学位级别：硕士

海洋是人类的摇篮，也是人类赖以生存和发展的重要环境;它吸引着一代又一代的人们去探索研究和开发利用，并将为人类的生存和发展提供广阔的前景。海洋面积约占地球面积的三分之二，海洋资源丰富，比如生物资源、矿产资源和能源。随着... 详细信息

海洋是人类的摇篮，也是人类赖以生存和发展的重要环境;它吸引着一代又一代的人们去探索研究和开发利用，并将为人类的生存和发展提供广阔的前景。海洋面积约占地球面积的三分之二，海洋资源丰富，比如生物资源、矿产资源和能源。随着日益突出的陆地资源枯竭和环境污染问题，人类必将以新的形式走向大海。而海洋监测是海洋科学研究、资源开发利用和环境保护与管理等的基础工作，因此，发展海洋监测技术具有重要的意义。海浪是最基本的海洋环境要素之一，研究海浪对海洋工程建设、海洋开发、交通航运、海洋捕捞与养殖等都具有重大意义。为了更好地掌握海浪信息，需要长期、准确地进行海浪观测，因此迫切地需要能够提供现场数据的保障产品。而X波段雷达在提取海浪信息方面具有得天独厚的优势，利用X波段雷达提取海浪信息也具有重要的意义。X波段岸基雷达和航海雷达不仅可用于监视海上移动目标，而且也可以用来进行海浪和海流的测量。X波段雷达遥测相对于其它遥测手段具有稳定、实时、便捷的特点。首先X波段雷达遥测可以随时随地的测量近域海况，这是星载或机载雷达所不能实现的。它不需要无线传输装置，不容易受电子干扰，工作是稳定和安全的。相对于高频地波雷达，X波段雷达有便捷、投资小、分辨率高等特点，其波向测量的准确性也是高频地波雷达不能比拟的。浮标测量准确率高，但只能定点测量，并且浮标容易丢失、损坏，安全系数低。而X波段雷达探测范围更广，安全性更高，可以作为波浪浮标的替代产品应用。因此，X波段雷达具有广泛的应用前景，国外内已开始将X波段雷达应用于岸基和船基监测海洋动力环境的研究中。 X波段雷达电磁波入射到海面时，和那些与雷达电磁波波长相当的毛细波产生布拉格散射，接着后向散射回波被雷达接收器接收，形成了“海杂波”。而波长较长的长波通过对毛细波的流体动力调制、阴影调制和倾斜调制作用表现在海杂波图像上。由此可以看出，X波段雷达图像中包含了丰富的海浪信息。所以，如何从X波段雷达图像中有效地获取海浪信息对研究海浪具有重要的科学意义。本文利用X波段雷达海洋动力环境监测系统（OS071X）反演海浪参数，同时，利用波浪骑士浮标进一步检验系统得到的参数。为下一步“样机”的改进提供试验数据和有力的支持。本文对福建晋江金井镇南江村海域的岸基试验数据进行了反演计算与分析，获得了有效波高、主波频率、主波波向等海况参数，并将得到的计算结果与该区域的浮标数据进行了比对，结果表明：基于傅立叶变换研制出的“X波段雷达海洋动力环境监测系统（OS071X）”（硬件及其算法软件）在获取有效波高、峰波频率和峰波波向上都达到了很高的精度。运用该系统可以很好地监测海浪信息，该算法软件在风浪较大时，反演精度还会更高，误差也较小。这充分说明通过X波段雷达系统可有效地获得海浪信息。

关键词： X波段雷达有效波高图像谱海浪谱

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X波段雷达海面流场信息提取技术研究

X波段雷达海面流场信息提取技术研究

作者：周蓓中国海洋大学

学位级别：硕士

随着科技的进步,人们对海洋的兴趣越来越浓厚。海洋面积约占地球面积的三分之二,海洋各类资源丰富,比如生物资源、矿产资源和能源,因此海洋的开发利用显得尤为迫切。但海洋环境极其复杂,海上作业、海上运输、灾害预报和国家海洋安全都... 详细信息

随着科技的进步,人们对海洋的兴趣越来越浓厚。海洋面积约占地球面积的三分之二,海洋各类资源丰富,比如生物资源、矿产资源和能源,因此海洋的开发利用显得尤为迫切。但海洋环境极其复杂,海上作业、海上运输、灾害预报和国家海洋安全都依赖于对风、浪、流、潮等物理海洋要素基础数据及其变化规律的掌握和预测预报。X波段船用导航雷达不仅可用于监视海上移动目标,而且也可以用来进行海浪和海流的测量,其突出优点是价格低廉、可以方便地利用船上导航雷达,实时、全天候地监测附近海域海洋动力环境要素。作者全程参与了总装预研项目“基于标准X波段雷达的波浪遥测技术”(4071010404)和‘863’课题“X波段雷达海浪探测技术”课题(2004AA639670)研究工作。课题组在研制的“海洋动力环境X波段雷达监测系统(XWCMS)”原理样机基础上,实现了海面流场、海面浪场反演算法。作者主要负责海面流场估计算法研究。通过数值模拟试验和外海比测试验,证明了该算法的科学性和准确性,达到课题研究目标要求。雷达海面回波形成“海杂波”,选择雷达运行的连续若干幅“海杂波”图像,对其进行模数转换得到回波强度的空时分布,经三维傅立叶变换后得到“海杂波”图像谱,经过滤波、积分,并作用以调制传递函数,最终可以获得海浪谱,进而计算主波频率、主波方向等海态参量。由于表层流的存在,使得雷达观测频率与海浪本征频率间出现了多普勒频移项,因而反演海面浪场信息时,需要首先确定表层流速度,这样才能给出频散关系,进而对雷达回波信号进行带通滤波。对于均匀浪流场,本文采用基于傅立叶变换的浪流信息提取算法。论文先给出基于最小二乘法的表层流基础算法。由于谱能量大的波分量更应分布在频散关系曲线上,应用最小二乘法时,本文提出使用加权最合适方差,权重是相应波分量的谱值。高阶谐波和混叠效应对表层流估计有较大影响。对信号进行重构,并采取迭代方法可以逐渐提高表层流估计的精度。数值模拟试验可以检验浪流信息提取算法正确性。本文以线性波理论为基础,选择P-M谱作为海浪波谱,模拟了海面波高时间序列。影响“海杂波”形成的主要成像机理是阴影调制和倾斜调制,据此并考虑表层流影响,模拟了“海杂波”图像时间序列。应用浪流信息提取算法,获取了表层流速和海浪相关信息,与输入表层流速、海浪参量进行比较。比较结果能够说明算法是可行的。外海试验得到基于傅立叶变换的浪流信息提取算法精度,表层流速平均误差:0.13m/s,表层流向平均误差:13o,主波频率平均误差:10%,主波方向平均误差:5%。可以看出,该算法提取浪流信息达到了相当的精度,尤其对波向的观测,是其它遥测手段无法比拟的。

关键词：图像谱表层流加权最小二乘频散关系

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雷达测波系统信息处理器的设计与实现

雷达测波系统信息处理器的设计与实现

作者：赵飞鹏哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

随着人类生活环境的恶化和陆地资源的消耗，海洋开发在人类发展中的战略地位急剧上升。海洋信息数据是人类了解海洋、开发海洋的基础，海浪和海流作为海洋信息的重要组成部分，在对海洋的科学研究中发挥着极其重要的作用。随着计算机技... 详细信息

随着人类生活环境的恶化和陆地资源的消耗，海洋开发在人类发展中的战略地位急剧上升。海洋信息数据是人类了解海洋、开发海洋的基础，海浪和海流作为海洋信息的重要组成部分，在对海洋的科学研究中发挥着极其重要的作用。随着计算机技术和遥感技术的发展，人们可以利用X波段导航雷达图像中的海杂波反演海浪和海流信息。本文所述雷达测波系统分为X波段导航雷达、信息采集装置和信息处理装置三部分，信息采集装置通过接收X波段导航雷达信号形成雷达图像，并通过网络把采集的雷达图像上传至信息处理装置。本文设计的软件用于信息处理装置，其作用是从信息采集装置获取雷达图像，并对雷达图像进行海况信息反演处理，最终得到海浪、海流各种参数信息。本文在对国外同类设备仔细分析基础上，对系统开发所需的海浪反演算法与等值线相关算法展开了深入研究，根据工程的实际需要，开发了一套应用于雷达测波系统的专业软件。本文按照软件工程学的软件开发步骤，首先对雷达测波设备的功能需求深入分析，继而根据系统功能需求结合软件实现手段对软件展开了概要设计和详细设计。为了减少开发难度，将软件分为六个子模块分别设计，六个模块分别为主控模块、海浪信息处理模块、配置模块、主显模块、雷达显控模块和历史信息查看模块，模块功能各不相同，通过接口相互配合工作完成雷达测波系统所需功能。从测试结果来看，本文设计软件以具备海况信息反演、频谱图绘制、雷达图像显示、自由选择海浪监视区域、日志更新和历史信息回放等功能。虽然在数据处理精度和技术细节方面和国外同类先进设备相比还有很大差距，但在功能上基本满足了通用雷达测波设备需要。系统的稳定运行说明本文所设计的软件在逻辑上是合理的，文中提出的这种处理机制和系统架构可以为进一步对雷达测波设备的研制提供参考。

关键词：软件设计 X波段雷达等值线图像谱

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基于粒子群优化的海表面流反演方法研究

基于粒子群优化的海表面流反演方法研究

作者：张丽娜哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

我国海洋面积辽阔，其中蕴藏着丰富的资源。开发和利用这些海洋资源、实时监测海洋动力环境和准确预报海洋灾难等方面，都对全方位、多手段、立体式实时监测海洋环境要素分布的变化规律提出了很高要求。随着海洋遥感技术的飞速发展，在... 详细信息

我国海洋面积辽阔，其中蕴藏着丰富的资源。开发和利用这些海洋资源、实时监测海洋动力环境和准确预报海洋灾难等方面，都对全方位、多手段、立体式实时监测海洋环境要素分布的变化规律提出了很高要求。随着海洋遥感技术的飞速发展，在海洋环境实时监测方面，X波段岸基雷达和航海雷达以其经济、稳定、实时、便捷且具有高时空分辨率等诸多的优点得到了广泛的应用。当X波段雷达电磁波入射到粗糙的海面时，后向散射产生的回波形成“海杂波”，同时由于流体动力调制、倾斜调制、阴影调制的作用使得X波段雷达的海杂波图像包含着丰富的海浪信息。本文介绍了基于X波段雷达“海杂波”图像序列的海浪信息提取方法和基本流程，分析了Yong等人提出的利用基本最小二乘算法反演海表面流信息的基本原理以及高阶次波和混叠效应对算法性能的影响，总结了现有的基于最小二乘原理的各种改进算法，针对各种算法的优缺点，提出本文基于PSO算法的海表面流反演方法。在利用PSO算法进行海表面流信息反演的算法设计中，重点讨论了主要参数的选取方案、位置信息初始化策略、适应度函数的构造方法以及算法流程设计等内容，充分考虑了各方面因素对算法性能的影响。提出通过模拟带有海表面流信息的海浪谱进行海表面流的反演实验，验证算法的精度;针对海表面流场时间稳定、空间均匀的特性，自定义了一种评价指标，用于验证和比较反演算法的性能。利用本课题组自主研发的海洋动力环境监测系统在福建省平潭县海坛岛进行了连续的海上数据采集，对实测的雷达“海杂波”图像序列应用最小二乘反演方法和本文提出的PSO反演方法进行了仿真对比实验。实验结果表明：PSO反演方法能够方便的引入对高阶次波和混叠效应的处理，受背景噪声影响小，与最小二乘反演算法相比，具有更高的反演精度和更好地稳定性和适应性。

关键词： X波段雷达 PSO算法图像谱海表面流最小二乘