高频地波雷达海态参数反演方法研究

发布时间：2017-09-28 07:01

  本文关键词：高频地波雷达海态参数反演方法研究

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【摘要】：自上世纪70年代起,高频地波雷达作为一种新型的海洋无线电遥感技术得到了飞速的发展。雷达发射的电磁波与粗糙海面发生相互作用,产生的一阶散射和二阶散射会在雷达的海面回波谱上产生不同幅度的尖峰,通过Barrick建立的回波散射截面方程来分析海面回波谱可反演得到风、浪、流等海洋动力学参数。高频地波雷达海洋环境监测以其较远的探测距离、能够实时监测、不易受恶劣气候所影响等优点,逐渐成为海态遥感的一个重要手段。在高频地波雷达海洋环境监测技术中,流场的反演技术已经成熟并投入工程应用,风、浪场的反演技术仍处于研究阶段。本文在某国防项目的支持下开展高频地波雷达海态参数反演方法研究,对风、浪、流三场的反演算法进行研究,最终整合出一套适用于高频地波雷达的反演算法。本文首先阐述了高频地波雷达进行海态反演的理论基础,特别是高频电磁波与粗糙海面的散射机理,实现高频地波雷达海面回波谱的仿真模拟,并系统分析了回波谱与海洋动力学参数之间的联系,指出进行参数反演时的基本条件。随后,本文针对风、浪、流三场的反演算法展开了研究。在浪场方面,本文系统分析了几种国际上常用的海浪谱和浪高反演算法,给出了算法的仿真结果及特性分析,最后根据实测数据的特性,综合算法的适用范围和优缺点,确定了一套修正后的反演精度较高的浪场反演算法,获得较好的实测数据分析结果。在风场方面,风向提取的核心问题是消除风向模糊性,本文对比分析了几种消除风向模糊的算法,最后采用改进的多波束最小二乘法来反演风向,取得较好的反演结果;风速反演分析了几种国际上发展比较成熟的算法,综合算法性能及精度等信息确定一种算法进行实测数据分析,取得了较好的结果。在流场方面,分析了海流径向流速的提取原理,提出了一种新的一阶海杂波提取方法,该方法利用最小二乘逼近法求得高频地波雷达回波多普勒谱的逼近函数,对Bragg峰附近的谱进行了平滑处理,降低了由相参积累时间过高带来的频谱分裂和高频噪声等干扰的影响并有效解决了一阶海杂波检测中Bragg峰位置识别不准确的问题,直接改善了海流径向流速提取和风向反演的精度。最后给出径向流速的实测数据分析结果,效果较好。
【关键词】：高频地波雷达 海洋环境监测 反演 海洋动力学参数 海态遥感
【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】：TN958
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 高频地波雷达海态遥感研究背景及意义9-11
• 1.2 高频地波雷达的相关研究11-14
• 1.3 高频地波雷达海态反演算法的相关研究14-16
• 1.4 本文主要研究内容16-17
• 第2章 高频地波雷达海态遥感理论基础17-37
• 2.1 海洋动力学理论基础17-23
• 2.1.1 海态反演基本参数17-18
• 2.1.2 无向海浪谱模型18-21
• 2.1.3 方向分布函数模型21-22
• 2.1.4 有向海浪谱22-23
• 2.2 高频电磁波粗糙海面散射机理与模型23-28
• 2.2.1 Bragg散射机理23-24
• 2.2.2 一阶回波散射截面方程24-25
• 2.2.3 二阶回波散射截面方程25-28
• 2.3 高频地波雷达海面回波谱仿真及结果分析28-36
• 2.3.1 回波散射截面方程简化处理28-31
• 2.3.2 仿真实现及结果分析31-36
• 2.4 本章小结36-37
• 第3章 浪场参数反演37-49
• 3.1 海浪谱反演算法37-40
• 3.1.1 Barrick法37-38
• 3.1.2 Lipa法38
• 3.1.3 Howell法38-39
• 3.1.4 Wyatt法39-40
• 3.2 海浪谱反演仿真及结果分析40-42
• 3.3 海浪谱反演实测数据分析42-43
• 3.4 浪高反演算法43-45
• 3.4.1 Barrick法43-44
• 3.4.2 Maresca和Georges法44
• 3.4.3 Heron法44-45
• 3.4.4 Wyatt法45
• 3.5 浪高反演实测数据分析45-48
• 3.6 本章小结48-49
• 第4章 海面风场参数反演49-68
• 4.1 海面风场风向反演算法49-54
• 4.1.1 风向反演理论基础49-50
• 4.1.2 消除风向模糊方法50-53
• 4.1.3 风向反演条件53-54
• 4.2 风向反演算法性能比较54-57
• 4.3 风向反演实测数据分析57-60
• 4.4 海面风场风速反演算法60-63
• 4.4.1 SMB关系式法60
• 4.4.2 JONSWAP关系式法60-61
• 4.4.3 David Green法61-62
• 4.4.4 海面不同高度处风速转化关系式62-63
• 4.5 风速反演算法性能比较63-64
• 4.6 风速反演实测数据分析64-67
• 4.7 本章小结67-68
• 第5章 流场参数反演68-76
• 5.1 径向流速提取原理68-69
• 5.2 基于最小二乘逼近的一阶海杂波提取算法69-71
• 5.2.1 算法性能分析69-71
• 5.3 海流径向速度提取流程71-73
• 5.4 海流径向流速提取实测数据分析73-75
• 5.5 本章小结75-76
• 结论76-78
• 参考文献78-83
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果83-85
• 致谢85

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3 叶春明;卢雁;;高频地波雷达发展动向与分析[J];舰船电子工程;2010年01期

4 吴世才,杨子杰,文必洋,石振华,田建生,高火涛,吴雄斌;高频地波雷达的东海试验[J];武汉大学学报(理学版);2001年01期

5 吴世才,杨子杰,文必洋,石振华,田建生;高频地波雷达信号波形分析[J];武汉大学学报(理学版);2001年05期

6 吴雄斌,文必洋,吴世才,高火涛,陈化;宽波束高频地波雷达海面回波谱的数值模拟[J];武汉大学学报(理学版);2001年05期

7 高火涛,柯亨玉,杨子杰,吴世才,候杰昌;高效紧凑的高频地波雷达天线阵列设计[J];电子学报;2002年06期

8 何亮;陈泽宗;柯亨玉;;多通道高频地波雷达接收机系统的总线选择[J];电子测量与仪器学报;2005年03期

9 郭汝江,袁业术,权太范;高频地波雷达飞行小目标跟踪方法研究[J];电子学报;2005年09期

10 毛兴鹏,戴伏生,于长军;高频地波雷达电台干扰的抑制[J];系统工程与电子技术;2005年02期

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1 安同一;厉伟;宋海平;;高频地波雷达测量近海海况[A];1993年全国微波会议论文集（下册）[C];1993年

2 桂任舟;杨子杰;吴雄斌;;基于虚拟仪器技术的高频地波雷达系统的实现[A];中国仪器仪表学会2005年学术年会测控技术与节能环保学术会议论文集[C];2005年

3 吉会峰;张春琳;刘吉堂;;苏北海域高频地波雷达海流探测误差分析[A];中国海洋学会2013年学术年会第14分会场海洋装备与海洋开发保障技术发展研讨会论文集[C];2013年

4 陈聪;柯亨玉;龚子平;;小型宽带高频地波雷达发射天线设计[A];2009年全国天线年会论文集（上）[C];2009年

5 敖振浪;何艳丽;周武;;高频地波雷达探测海面风场对比试验及误差分析[A];经济发展方式转变与自主创新——第十二届中国科学技术协会年会（第二卷）[C];2010年

6 敖振浪;何艳丽;周武;;高频地波雷达探测海面风场对比试验及误差分析[A];2010中国仪器仪表与测控技术大会论文集[C];2010年

7 曾美艳;李扬;张宁;李木飞;;基于动态编程的高频地波雷达检测性能分析[A];2007通信理论与技术新发展——第十二届全国青年通信学术会议论文集（上册）[C];2007年

8 熊毅;徐正;王静;程明虎;;数字下变频技术在高频地波雷达中的应用研究[A];第三届全国虚拟仪器大会论文集[C];2008年

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3 通讯员 章徼　记者 叶晨阳;全省首个高频地波雷达落户温岭[N];台州日报;2011年

4 ;我国高频地波雷达浮出水面[N];北京科技报;2001年

5 本报记者 刘志伟;为广袤的海疆装上千里眼[N];科技日报;2005年

6 龚向前;高频地波雷达研制成功[N];中国测绘报;2001年

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1 李伦;高频地波雷达海洋动力学参数反演与应用方法研究[D];武汉大学;2013年

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