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X波段雷达海浪与海流遥感机理及信息提取方法研究

发布时间:2020-08-26 19:00
【摘要】: X波段雷达能对海表面成像,利用其高时空变化的海杂波图像,并配合相应的反演算法可以获得高分辨率的海浪、表层流等动力学要素。本文结合中国科学院重大仪器装备研制项目“X波段雷达物理参数测量仪”,研究了X波段雷达提取海浪参数和表面流信息的若干问题。 本文简要地回顾了X波段雷达海洋遥感的国内外发展历史及研究现状,并介绍了X波段雷达成像原理和调制机制;在此基础上,深入分析了大入射角下不同极化方式雷达海杂波的回波特性。针对不同极化方式雷达具有的不同成像机制,开发了具有独立知识产权的双极化方式X波段雷达波浪监测系统。 研究了X波段雷达海杂波提取波浪参数和海洋表层流信息的反演算法,对岸基条件下的X波段雷达成像进行了仿真,对可能影响浪、流参数反演的各种海洋环境因素和雷达系统噪声进行了分析和讨论,并利用仿真图像进行了海浪和海流反演数值实验,分析了影响反演波浪和表面流参数的关键因素。 利用双极化X波段雷达进行了为期半年的海上观测,获得了大量的图像序列资料和同步海浪和海流观测资料,利用上述理论和数值模拟形成的X波段雷达浪、流参数反演方法,对所有成像资料进行反演,并与传统观测仪器实测的数据做了对比和分析,获得了令人满意的效果。其中水平极化测量精度有效波高为0.18m,主波波向为21°,平均周期为0.55s,表面流速为0.15m/s,表面流向为21.1°,垂直极化测量精度有效波高为0.18m,主波波向为15°,平均周期为0.49s,表面流速为0.12m/s,表面流向为19.4°。发现垂直极化方式数据在估算海浪参数和表层流速信息略有优势,并证明该系统具有可靠性和实用性,具有重要的应用价值。 另外,提出了基于Radon变换反演波浪参数反演的方法。该方法利用海杂波图像的波浪纹理特征,通过对船载雷达的时序图像执行Radon变换,获取了波向、波速、波长和波周期的波浪参数。基于互相关分析技术消除了Radon变换波向探测的180°模糊现象。利用实例反演结果表明Radon变换算法是可行的,与传统方法相比,不仅能满足反演的精度要求而且计算复杂性也要低很多。 最后,基于Windows XP平台和Visual C++编译系统开发了“X波段雷达数据采集及物理海洋参数提取”应用软件系统。
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(海洋研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:P714.3
【图文】:

波流,监测系统


WaMoSII波流监测系统

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WAVEX波流监测系统

示意图,示意图,电磁波,波长


和温度场的进行观测。然而挑战就是在解决这些重要的海洋问题需要深入的了雷达对海表面的各种特征的成像机理(Hasselmann et al,1978)。1.3.1 Bragg 散射模型Bragg 散射即 Bragg 共振散射,其物理机制实际上是光学上的光栅原理当电磁波的路程差恰好等于电磁波波长rλ 的整数倍时,就会发生 Bragg 共振产生 Bragg 共振的海表面波动的 Bragg 波波长与电磁波波长满足以下关系:sin2sinrsnλ φλθ= (1其中,sλ 为 Bragg 波波长,rλ 为电磁波波长,n表示产生阶 Bragg 散射,中一阶 Bragg 散射的回报最强,φ 表示波向与雷达平面所成的角度,θ 是电磁的入射角。

【引证文献】

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本文编号:2805565

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