雷达测波反演算法及系统集成设计的研究

X波段导航雷达论文 海浪论文 有效波高论文 多项式回归论文
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目前,海上舰船数量剧增,为达到避碰目的,所有军用和民用舰船都配备有X波段导航雷达。雷达扫描海面得到的“海杂波”图像含有丰富的海浪信息,可借用有效算法提取海浪的相关特征参数。借用导航雷达进行海洋遥感测量,相比其他设备具有便携、可靠、经济、安全、时空分辨率高等优点,所以近年来引起国内外学者的高度关注。目前,我国此项研究处于起步阶段,尚未研发成具有自主产权并可推广使用的监测设备。为提高我国近海和远洋海浪检测水平,以适应社会经济发展需要,本文对X波段导航雷达图像时间序列的海浪信息提取技术进行研究。首先,借鉴国内外已知成果,在充分了解海浪信息反演原理的基础上,借鉴了已有海浪反演的流程,设计并实现了适合我国近海特性的海浪信息反演的算法。其次,利用Longuet-Higgins海浪模型,通过选用恰当的海浪谱和方向函数,模拟了三维随机海浪数据;同时分析了雷达成像的机制并利用模拟数据成功实现了图像的仿真。然后,对设计的海浪信息反演算法进行了检验,结果验证了本文所用算法的有效性,为海上实测数据的处理和设备研发奠定了基础。另外,利用掌握的海上实测数据,分析并实现了海浪信息提取技术的流程,包括雷达图像的去噪修复、子图像序列的提取、海浪信息的反演等。初步开发了“X波段雷达时序图像测波数据处理系统”。最后,依据我国近海的特点,对国外已有方法进行了探索性的改进,提出了利用多项式回归方法估算有效波高的新数学模型,给出了利用分段函数拟合提高反演精度的新算法。通过对比实验,验证了所给模型和算法的可行性和有效性。
摘要第3-4页
ABSTRACT第4页
第一章 绪论第8-12页
    1.1 引言第8-9页
    1.2 国内外研究现状第9-10页
        1.2.1 国外研究现状第9-10页
        1.2.2 国内研究现状第10页
    1.3 论文研究的主要内容及意义第10-11页
    1.4 论文的组织结构第11-12页
第二章 X 波段雷达测波系统组成及测波理论第12-26页
    2.1 WaMoS Ⅱ 波流监测系统第12-15页
        2.1.1 系统描述第12-13页
        2.1.2 系统组成第13页
        2.1.3 系统原理第13-14页
        2.1.4 技术指标第14-15页
    2.2 雷达基本概念第15-17页
        2.2.1 雷达方程第15页
        2.2.2 脉冲长度和脉冲重复频率第15-16页
        2.2.3 雷达距离分辨率第16页
        2.2.4 雷达方位向分辨率第16页
        2.2.5 极化第16-17页
    2.3 雷达成像机制第17-20页
        2.3.1 Bragg 散射模型第17页
        2.3.2 双尺度模型第17-18页
        2.3.3 重力波对毛细波的调制作用第18-20页
    2.4 基于X 波段雷达的海浪信息提取算法原理第20-25页
        2.4.1 算法概述第20-21页
        2.4.2 三维傅立叶(Fourier)变换第21页
        2.4.3 带通滤波第21-22页
        2.4.4 调制传递函数(MTF)第22-23页
        2.4.5 海浪方向谱及海态参数第23-24页
        2.4.6 有效波高的计算第24-25页
    2.5 本章小结第25-26页
第三章 X 波段雷达图像的数值仿真及海浪信息提取实验第26-42页
    3.1 X 波段雷达海浪图像的仿真第26-36页
        3.1.1 随机海浪模型第26-29页
        3.1.2 海浪谱第29-31页
        3.1.3 方向谱第31-33页
        3.1.4 调制作用的实现第33-34页
        3.1.5 X 波段雷达图像的仿真实现第34-36页
    3.2 海浪的信息提取第36-41页
        3.2.1 调制传递函数的确定第36-38页
        3.2.2 海浪信息反演第38-41页
        3.2.3 数据比较和统计误差第41页
    3.3 本章小结第41-42页
第四章 X 波段雷达数据处理第42-48页
    4.1 雷达数据介绍第42-43页
        4.1.1 雷达数据格式介绍第42-43页
        4.1.2 雷达参数第43页
    4.2 雷达数据的处理第43-46页
        4.2.1 雷达数据的预处理第43-45页
        4.2.2 雷达子图像序列参数计算第45页
        4.2.3 海浪信息的反演第45-46页
        4.2.4 海浪相关参数的计算第46页
    4.3 本章小结第46-48页
第五章 软件系统集成及设计第48-57页
    5.1 软件系统综述第48-50页
        5.1.1 系统功能需求分析第48-49页
        5.1.2 软件结构设计第49页
        5.1.3 开发环境的选择第49-50页
    5.2 软件系统的设计和实现第50-54页
        5.2.1 系统界面的实现第50-51页
        5.2.2 系统功能模块的实现第51-54页
    5.3 软件执行效果第54-56页
    5.4 本章小结第56-57页
第六章 有效波高提取算法的改进研究第57-64页
    6.1 基于多项式回归的有效波高的估计第58-60页
    6.2 对比实验及模型的可行性分析第60-63页
        6.2.1 实验数据第60页
        6.2.2 实验结果第60-63页
    6.3 本章小结第63-64页
第七章 总结与展望第64-66页
    7.1 本文的工作总结第64-65页
    7.2 对今后工作的展望第65-66页
参考文献第66-69页
发表论文和参加科研情况说明第69-70页
致谢第70页
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