[发明专利]一种基于二阶峰的高频地波雷达浪场反演方法

说明书

本发明提出一种基于二阶峰的高频地波雷达浪场反演方法。本发明根据雷达回波划分出二阶峰区域；计算二阶峰区域的功率和二阶峰区域的到达角；通过基准浮标波高，结合二阶峰区域的功率，建立基准浮标位置的功率‑波高模型；根据衰减模型和风向因子模型，结合基准浮标位置的功率‑波高模型，对不同距离和不同方位的功率‑波高模型进行校正，得到不同距离、不同方位的功率‑波高模型；将二阶峰区域的功率和二阶峰区域的到达角带入到对应的功率‑波高模型中,得到浪场。本发明优点在于，能够实现高海态的测量以及浪场形成，并提高了远距离浪高测量精度。

技术领域

本发明涉及雷达信号处理技术领域，具体涉及一种基于二阶峰的高频地波雷 达浪场反演方法。

背景技术

我国是一个拥有广阔海岸线的国家，海洋一方面为人们提供了丰富的资源， 同时，海洋也会在恶劣的气候条件下，给人们的生命财产带来巨大的威胁。因此， 无论是海洋资源的开发还是海洋灾害的预防，甚至国家海洋权益的维护，都需要 对海洋的状态进行精细地测量。我国要加快建设海洋强国，并且重申了可持续发 展的重要性，足以看出我国在海洋权益维护、海洋资源利用以及海洋环境保护等 方面的重视程度。因此，用于海洋状态监测的先进设备是我们需要深入研发和推 广的，这是建设海洋强国和海洋的可持续发展的主要依靠。而高频地波雷达作为 一种有效的海洋状态监测工具，在新时代，应该更加受到重视。

高频地波雷达利用布拉格散射效应，能够接收到携带海洋信息的大量回波， 其中包括处于正负布拉格频率的两对尖峰以及周围的连续谱。两对尖峰是雷达进 行海流海洋的主要依靠，而周围的连续谱往往更受海洋研究者的关系。已经被证 实的是，采用连续的二阶谱的积分和一阶峰的积分比，能够实现有效波高的测量， 还方法已经被认可和推广几十年了。然而，该方法依赖波束形成进行到达角估计， 对于便携式高频地波雷达来说，其空间分辨率往往不够。因此，近年来，基于二 阶峰、二阶峰和一阶峰比值等方法进行波高测量的算法被相继提出，并且具有较 好的空间分辨率和测量精度。

然而，现有的大部分算法都必须依赖于回波谱中的一阶峰，而一阶峰往往容 易饱和，即波高增加到一定程度后，一阶峰逐渐稳定，其能量不再能反映波高的 变化。因此，这些算法很难适用于台风等极高海况的浪高反演。因此，本发明提 出了一种单纯依靠二阶峰的浪高反演算法。本算法的基本思想为：采用二阶峰随 着波高增加的特点，利用浮标拟合出近距离的二阶峰能量-波高模型；再通过分 析衰减模型和风向因子模型，得到远距离的二阶峰能量-波高模型；将对应的二 阶峰能量带入到对应的模型中，得到不同距离和不同方位的波高；并且采用 MUSIC算法对二阶峰进行到达角估计，实现方位上的高分辨率。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于二阶峰的高频地波雷达浪场反演方法，主要解 决高频地波雷达测量极高海态的问题。

本发明的技术方案是一种基于二阶峰的高频地波雷达浪场反演方法，具体包 含以下步骤:

步骤1：根据雷达回波划分出二阶峰区域；

步骤2：计算二阶峰区域的功率和二阶峰区域的到达角；

步骤3：通过基准浮标波高，结合二阶峰区域的功率，建立基准浮标位置的 功率-波高模型；

步骤4：根据衰减模型和风向因子模型，结合基准浮标位置的功率-波高模 型，对不同距离和不同方位的功率-波高模型进行校正，得到不同距离、不同方 位的功率-波高模型；将二阶峰区域的功率和二阶峰区域的到达角带入到对应的 功率-波高模型中，得到不同距离、不同方位的波高，即浪场。

作为优选，步骤1所述的二阶峰区域划分方法采用搜索法：

雷达回波是指时域的回波信号做两次快速傅里叶变换得到回波多普勒谱，定 义为p_n，其中n∈[1,N]，N为多普勒频率的点数，归一化是指对于所有雷达回波 多普勒频率进行归一化，即除以布拉格频率：