船载X波段宽带相参雷达海浪信息反演技术研究

发布时间：2017-10-18 05:15

  本文关键词：船载X波段宽带相参雷达海浪信息反演技术研究

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【摘要】：海洋具有丰富的自然资源,随着人类社会经济的发展、科学技术的进步、人口的增长,人类对资源的需求越来越大,开发海洋资源已经成为一种必然趋势。海洋不但提供了丰富自然资源,还是国家的天然屏障,除此之外,交通运输更离不开海洋。海洋监测系统能够为各种海上作业提供支持与保障,因此得到广泛研究,其中以X波段雷达为核心的海浪监测系统因其价格便宜、分辨率高、可全天候工作、方便灵活的优点受到格外关注。本文对X波段雷达海态参数提取算法的发展历程进行了简要叙述。关于该算法的研究大都集中于传统非相参雷达,很少有关于X波段相参雷达算法的研究。与非相参雷达相比,X波段宽带相参雷达主要有以下两个优势:1.可以获取海浪的径向速度;2.具有更高的径向距离分辨率。为了充分利用它的优势,本文对基于宽带X波段相参雷达的海浪信息反演算法进行了研究,并研究了对算法精度影响的因素。X波段宽带相参雷达的反演算法借鉴了传统方法的部分内容,因此首先对传统的算法进行了研究。研究采用数值仿真的方法生成了随机海浪,在此基础上根据雷达成像调制机理生成了雷达海杂波仿真图像。随后应用传统的X波段雷达反演算法进行了参数的反演,得到的结果与仿真设定值符合得较好。对于相参雷达,可以利用获取的海浪径向速度信息对海面波高图进行重构。对径向速度按径向距离积分,可以得到速度势函数,根据自由海面的边界条件,可由速度势函数重构出海面波高图。对海面波高图进行三维傅里叶变换即可得到海浪谱,进而计算得到各参数。该算法受到距离分辨率的影响,因此仿真研究了不同距离分辨率下波高图的重构效果和反演精度。对于船载雷达而言,雷达测量的多普勒速度会在海浪径向速度的基础上会增加一个船的航行速度在该点投影的径向速度,需要将测得的多普勒速度与船舶径向速度相减才能得到海浪径向速度。但由于船速的测量存在误差,这会对反演精度产生影响,因此对不同测速误差情况下的反演情况做了仿真分析。另外对船载雷达情况下根号信噪比与有效波高的关系进行了仿真,并介绍了船载雷达计算有效波高的方法。
【关键词】：X波段雷达 海浪参数 宽带相参 有效波高 船载
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P715;TN958
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-13
• 1.1 课题研究的背景和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.2.1 国外研究现状10-11
• 1.2.2 国内研究现状11-12
• 1.3 本文的主要研究内容12-13
• 第2章X波段雷达海杂波图像仿真研究13-28
• 2.1 宽带相参雷达的基本概念13-16
• 2.1.1 雷达距离方程13
• 2.1.2 雷达分辨率13-14
• 2.1.3 X波段宽带相参雷达14-15
• 2.1.4 极化15-16
• 2.1.5 Bragg散射16
• 2.2 X波段雷达海杂波成像机理16-19
• 2.2.1 二尺度模型16-17
• 2.2.2 长波对短波的调制17-19
• 2.3 随机海浪序列模拟19-23
• 2.3.1 随机海浪模型19-20
• 2.3.2 海浪谱与方向谱20-23
• 2.4 图像仿真分析23-27
• 2.4.1 随机波浪图像仿真23-24
• 2.4.2 雷达回波图像仿真24-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第3章X波段非相参雷达海浪信息反演算法28-40
• 3.1 海浪信息提取28-34
• 3.1.1 三维傅里叶变换28-29
• 3.1.2 表层流的定义29
• 3.1.3 频散关系29-31
• 3.1.4 高阶频散关系31
• 3.1.5 频散滤波31
• 3.1.6 调制传递函数31-32
• 3.1.7 海浪参数提取32-33
• 3.1.8 有效波高反演33-34
• 3.1.9 表层流速信息提取34
• 3.2 算法验证分析34-39
• 3.2.1 海态参数反演35-37
• 3.2.2 有效波高与信噪比关系的仿真37-39
• 3.3 本章小结39-40
• 第4章X波段宽带相参雷达反演算法研究40-51
• 4.1 雷达多普勒速度信息40-41
• 4.2 海面水质点径向速度仿真41
• 4.3 海面波高图重构算法41-43
• 4.4 海态信息的反演43-47
• 4.5 距离分辨率对反演算法的影响47-50
• 4.6 本章小结50-51
• 第5章 船载X波段宽带相参雷达反演技术研究51-59
• 5.1 舰船摆动模型51-55
• 5.2 测速误差对反演的影响55-56
• 5.3 船载非相参雷达波高测量56-58
• 5.4 本章小结58-59
• 结论59-61
• 参考文献61-66
• 致谢66

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本文编号：1053136