[发明专利]一种消除降雨对X波段雷达观测海浪的影响的方法

说明书

本发明公开了一种消除降雨对X波段雷达观测海浪的影响的方法，包括两部分：第一部分是从波浪场的主模态中提取波峰和波谷的位置；第二部分是从原始雷达图像中提取波峰的强度值。本发明了解决现有技术中X波段雷达在降雨时无法观测海浪信息的问题，为降雨时近岸的海洋活动和船只的安全航行等提供保障。

技术领域

本发明属于海洋遥感技术领域，具体地涉及一种消除降雨对X波段雷达观测海浪的影响的方法。

背景技术

海浪是最常见的海洋现象之一，它不仅影响着港口航道建设、渔业生产等海洋活动，也是海气能量交换、气候变化等研究中的重要因素，因而海浪的观测具有重要意义。波浪浮标已经被长期用于海浪的业务化观测，但是它们只能获得点或线的波浪变化、维护费用高、管理困难，尤其是在人们关注的特殊环境或者海况下可能无法使用；声学多普勒观测波浪的方法则对使用环境和海况等有较多限制，而且安装困难。卫星遥感(如雷达高度计和合成孔径雷达)能获得大面积的波高分布，但是其时间和空间分辨率差，卫星的重复访问周期长。X波段雷达具有高时间和空间分辨率，能够全天时、全天候观测海面，近年来被广泛应用于海浪的观测中。

使用X波段雷达观测海浪主要有两种方式。第一种是利用非相参的导航X波段雷达，它向海面发射电磁波并接收后向散射回波的强度，由于Bragg散射及倾斜调制、阴影调制、流体力学调制等调制因素的影响，海浪在雷达图像中形成清晰的明暗相间的条纹，再利用一定的反演算法从海浪条纹中提取定量的海浪信息，常用的算法包括三维傅里叶变换、正交函数分解等。第二种是利用相参X波段雷达观测海浪，相参雷达可以记录海面回波的强度和相位信息，根据多普勒效应可以从回波的相位中获得海面的径向速度，由于径向速度与海浪的运动直接相关，从而可以提取海浪信息。这两种方法反演海浪的波高和海面风场等参数都是基于回波强度的空间变化(如雷达图像的信噪比、阴影变化等[1])，因而清晰的海浪图像非常重要。但是，由于X波段的电磁波受降雨的影响容易衰减，导航X波段雷达和相参X波段雷达在降雨时都无法准确对海面成像，通常只能将降雨等恶劣海况下的观测作为异常值剔除[2]，而这些情况对于近岸的海洋活动和船只的安全航行等是非常重要的。因此，发明一种简单易行的消除降雨对X波段雷达图像影响的方法，以解决现有技术中X波段雷达在降雨时无法观测海浪信息的问题已成为本技术领域中急待解决的技术问题。

参考文献：

[1]Rune Gangeskar,An algorithm for estimation of wave height fromshadowing in X-band radar sea surface images,IEEE Transactions on Geoscienceand Remote Sensing,52(6):3373-3381,2014

[3]Lund,Bjorn,Hans C.Graber,and Roland Romeiser.2012.Wind retrievalfrom shipborne nautical X-band radar data.IEEE Trans.Geosci.Remote Sensing50(10):3800-11.doi:10.1109/TGRS.2012.2186457。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种简单易行的消除降雨对X波段雷达图像影响的方法，以解决现有技术中X波段雷达在降雨时无法观测海浪信息的问题。

本发明采用的技术方案为：一种消除降雨对X波段雷达观测海浪的影响的方法，包括以下步骤：

步骤1：选取受降雨影响的X波段雷达图像序列I(r,θ,t)，对该雷达图像序列作经验正交函数分解，利用第一主模态重构波浪场I_r(r,θ)，其中，I(r,θ,t)是雷达图像的强度值，r为图像中的点到雷达的距离，θ是方位角，t为采集数据的时间；