[发明专利]一种利用单幅船载X波段雷达图像反演海浪参数的方法

说明书

本发明公开了一种利用单幅船载X波段雷达图像反演海浪参数的方法，包括以下步骤：选取反演区域，X波段雷达采集一幅灰度图像，选取相同距离、不同方位角的区域1和区域2；将区域1和区域2中雷达图像的灰度值分别插值到直角坐标系中，然后进行傅里叶变换，得到区域1的波数谱和区域2的波数谱，找出区域1和区域2各自的波数谱的峰值及其对应的波数分量，求出区域1和区域2的峰值波数和峰值波向；根据区域1和区域2的波数谱，求峰值波数和峰值波向；判断并消除峰值波向的方向模糊；选取主波波向附近的方向，对其灰度值积分，求得相关海浪参数。本方法通过实时采集灰度图像，并对其提取相关参数进行计算分析，能够实时获得海浪参数的变化。

技术领域

本发明属于海洋遥感技术领域，具体涉及一种利用单幅船载X波段雷达图像反演海浪参数的方法。

背景技术

海浪是最常见的海洋现象之一，它对船只的安全航行、航线的规划等具有重要影响。常用的海浪观测方式是波浪浮标，但是它只能获得局地点或线上的波浪变化，并且一般需要锚定到固定位置、不能用于船载观测。遥感技术也被用于海浪的观测，星载波谱仪是一种新型的海浪谱观测仪器，具有观测范围大的优点，但是其产品还不成熟、时间和空间分辨率低，还不能满足业务应用的需求；相参和非相参X波段雷达广泛用于船只的导航，它们具有高时间和空间分辨率的优点，并且能够全天时、全天候观测海面，近年来被用于海浪参数的观测中。

使用相参和非相参X波段雷达可以获得海面的后向散散强度图像，相参X波段雷达还可以获得其相位图像，利用雷达图像估算海浪参数的算法主要有以下几种：一是基于傅里叶变换[1-3]，首先对雷达图像序列做三维傅里叶变换获得图像谱，然后根据海浪理论和调制传递函数将其转换为海浪谱，进而获得海浪的峰值周期、峰值波长、峰值波向和有效波高等参数；二是基于经验正交函数分解获得雷达图像序列的主成分，再结合随机海浪理论估算海浪参数。这些方法都需要用雷达在一段时间内观测的图像序列，一般为32幅或64幅图像组成的序列，当雷达的信噪比较低时需要512幅图像，从而降低了观测数据的实时性；另外，船只航行还会导致观测区域的位置不断变化、传统的调制传递函数不适用等问题，这给海浪的实时观测带来很大困难，而观测参数的实时性对于船只的安全航行很重要。因此，发明一种简单易行的利用单幅船载X波段雷达图像反演海浪参数的方法，以解决现有技术中只能利用长时间内的X波段雷达图像序列反演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。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种利用单幅船载X波段雷达图像反演海浪参数的方法。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种利用单幅船载X波段雷达图像反演海浪参数的方法，其中：包括以下步骤：

步骤一：选取反演区域：X波段雷达采集一幅灰度图像I(r，θ)，其中，r为海面的点到雷达的距离，θ是方位角；选取相同距离、不同方位角的区域1和区域2；

步骤二：将区域1和区域2中雷达图像的灰度值分别插值到直角坐标系中，然后进行傅里叶变换，得到区域1的波数谱S₁(k_x，k_y)和区域2的波数谱S₂(k_x，k_y)，其中k_x和k_y分别为沿直角坐标的x方向和y方向的波数；

步骤三：找出区域1的波数谱的峰值S_1max及其对应的波数分量k_x1和k_y1，求出区域1的峰值波数和峰值波向：

找出区域2的波数谱的峰值S_2max及其对应的波数分量k_x2和k_y2，求出区域2的峰值波数和峰值波向：