[发明专利]基于水面状态连续成像系统的小波浪浪高提取方法

说明书

本发明涉及基于水面状态连续成像系统的小波浪浪高提取方法，包括以下步骤：(1)利用水面状态连续成像系统收集探测区域的波浪回波，并且对回波进行采样以及成像，组成N帧(32到128帧)回波图像序列；(2)确定常高波浪回波满足的威布尔分布模型参数从而获取小波浪回波峰度与常高波浪回波满足的威布尔分布峰度之间的偏差；(3)获取小波浪回波纹理视在特性比；(4)根据偏差与回波纹理视在特性比确定小波浪浪高提取模型中的浪高因子；(5)获取小波浪浪高数据，并对浪高因子进行线性拟合，得到小波浪浪高提取模型的经验校正常数，从而获取小波浪浪高提取模型。本发明简单高效，占用资源少，适用于各种型号的雷达、红外以及可见光成像系统。

技术领域

本发明涉及无线电的遥感技术领域，尤其涉及水面状态连续成像系统的水面遥感技术领域，具体是指一种基于水面状态连续成像系统的小波浪浪高提取方法。

背景技术

水面状态包括湖面、海面以及河面状态，随着科技的发展和人类对新能源、远洋的探索兴趣和需求的增大，对湖面、河面以及海面的状态遥感技术也日渐成为科学家们的研究热点。

以X波段雷达海浪遥感观测为例，目前，传统的海上X波段导航雷达被广泛应用于对海面的遥感探测，所谓X波段雷达(X Band Radar，简写为XBR)是对火控、目标跟踪雷达的统称，其发出的波长在3厘米以下，该雷达能够360度旋转侦查各个方向的目标。

随着全世界范围内对海洋重视程度的与日俱增，海洋监测能力逐步成为了各个国家实力的直接体现，对海洋环境实现全方位、多手段的立体监测，可以使人类及时、准确地掌握海洋自身运动变化的规律，以满足军事和民用两方面的需求。海洋参数的提取与分析对港口安全、海洋气候研究、海洋资源开发、海洋军事等有着广泛的意义。海洋参数主要包含浪高、浪周期、浪向等这些与海浪有着直接以及直观联系的数值信息，而浪高也称为波高，指的是海浪相邻的波峰和波谷间的垂直距离。雷达观测浪高主要为有效浪高，它表示为将波列中的波高由大到小依次排列，其中最大的1/3波高部分的平均值。作为高效的海洋观测方式之一，X波段雷达以其高时空分辨率、轻便灵巧、市场占有率高等特点逐步成为了一种重要的主动式海洋遥感手段。X波段电波在随机粗糙海面传播时会与海浪产生散射作用，X波段雷达接收后向散射回波，能够从回波信号获取海流、海浪等海洋参数。

目前利用X波段雷达来提取浪高主要步骤如下：对X波段雷达接收的水面波浪散射电磁波图像序列进行三维傅里叶分析，得到频域回波图像谱；利用图像谱得到表面流信息，并且通过所得流速与流向信息构造带通滤波器来得到滤除非波浪信号后的图像谱，并且利用调制传递函数得到波浪谱；根据波浪谱计算信噪比(Signal to Noise Ratio)：波浪与噪声信号成分比值；最后基于信噪比的线性模型来对浪高进行提取。而由于雷达是对水面进行遥感测量，雷达对水面连续成像所得到的图像时间序列是波浪运动形式的体现，因此利用采集到的图像序列可以提取各种波浪参数。而雷达成像质量取决于水面反射的回波信号，由于低海况条件下的水面对电磁波信号后向散射能力差，此时水面微弱粗糙度基本上不满足X波段雷达波浪参数反演要求。为了保证测量结果的准确度以及连续性，对于水平极化X波段雷达，通常浪高低于1m而且水表面风速小于3m/s时的雷达回波均被视为无效数据而舍弃。虽然低海况条件下浪高小于1m时对水上交通或者工程影响较小，但很多水波物理现象的出现与微风条件下的小波浪运动息息相关，雷达具有在低海况条件下的浪高观测能力对小波浪运动的研究具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的缺点，直接从水面回波时域信号出发，提供了一种基于水面状态连续成像系统的小波浪浪高提取方法。

为了实现上述目的，本发明的基于水面状态连续成像系统的小波浪浪高提取方法具体如下：

该基于水面状态连续成像系统的小波浪浪高提取方法，其主要特点是，所述的提取方法包括以下步骤：

(1)通过水面状态连续成像系统采集探测区域中的波浪的回波，并对探测区域中的波浪的回波进行采样成像，组成N帧回波图像序列；