航海雷达降雨干扰检测及抑制技术研究

发布时间：2020-05-13 11:32

【摘要】：海洋环境的实时监测对海洋强国的建设具有重大意义,通过对雷达图像的反演可以获得有用的海洋参数,但降雨干扰会对其产生不利影响,航海雷达的降雨干扰检测及抑制能为海洋参数的有效反演提供保障。本文以“舰载X波段航海雷达反演海浪技术”国防项目为基础,基于大量X波段航海雷达原始图像数据和降雨量数据,对航海雷达回波信号中的降雨干扰检测及抑制技术进行了研究。本文航海雷达降雨干扰检测及抑制技术分为三个步骤进行:降雨干扰的检测、降雨强度的反演及降雨干扰的抑制。针对降雨干扰检测,本文以降雨在空间的不均匀性为前提,分别从空间域和波数域出发,提出两种海浪测量区域的降雨干扰检测方法。其一,通过对雷达图像空间域回波差异性的研究,发现降雨与非降雨时,雷达图像海浪监测区域的回波差异值均值有明显差别,基于此现象本文提出了一种基于回波差异性的雷达图像降雨干扰检测算法。重新定义了计算回波差异值的距离,以海浪监测区域内选定范围内的回波差异值均值为参数,对雷达图像海浪监测区域进行区域性的降雨干扰检测。其二,通过实验验证了降雨干扰对雷达图像波数能量谱中的能量分布特性有影响,并发现海浪波数段能量占比随着降雨干扰的增加而逐渐减小,基于此现象本文提出了基于波数能量谱特性的降雨干扰检测方法,以波数能量谱中海浪波数段能量占比作为检测参数。通过对不同降雨情况下的回波差异值均值及海浪波数段能量占比数据分析设定了合适阈值,并加以不同风速条件下的修正,以检测降雨干扰。通过实测数据验证了算法相比其他传统方法在海浪监测区域更加适用。降雨干扰的抑制需要降雨强度的辅助说明。针对降雨强度的反演,本文利用回波差异值均值及海浪波数段能量占比联合进行降雨强度的反演。通过实验分别确定了两参数与降雨强度的关系式,联合两个降雨强度求取最终值,并确定降雨强度等级。实验结果证明本方法反演降雨强度有良好的精度,为降雨干扰的抑制提供了数据支撑。针对降雨干扰的抑制,因中、大、暴雨时的雷达图像已被严重破坏,无抑制意义,本文只对微、小雨干扰进行波数域滤波以抑制降雨干扰,并对抑制前后的海浪参数反演可信度进行分析,其他雷达图像只输出其降雨强度,不作海浪参数的反演。最后本文对航海雷达降雨干扰检测及抑制技术进行了整体设计。
【图文】：

值的降雨干扰检测研究。海雷达资料简介 波段航海雷达成像原理装于舰船之上的航海雷达（Marine Radar）主要用于、在狭小航道领航[75]。航海雷达在黑夜或大雾天气等的限制，仍可以提供可靠的航行数据。除在导航方面遥感探测功能，可在海洋环境的监测领域发挥效用，实时反馈船只航行海域的海况信息，，为舰船的安全航波段航海雷达是现用的一种常用厘米级雷达，在距离物识别度高，雷达天线直径小，易于维修和移动。X离探测上有较大优势，且短波段雷达对弱气象目标物程中得到了较大应用。般情况下，发射机、接收机、天线、显示器、电源等成部分，如图 2.1 所示。

哈尔滨工程大学硕士学位论文，可设置为极坐标显示方式，模拟周围海域的海面模式模式为：天线将发射机产生的电磁波能量辐射到周围空到达目标处时被散射回雷达方向，被接收机接收，放大磁波信号则在这个过程中被吸收，衰减和散射至其他方到海面的电磁波在遇到与雷达半波长相同或其倍数的布拉格（Bragg）共振，信号能够到达接收机，并呈现相似的明暗相间的现象。工作原理如图 2.2 所示。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U665.22;TP391.41

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本文编号：2661889