[发明专利]一种基于波陡函数判分的海浪波数谱重构方法

说明书

一种基于波陡函数判分的海浪波数谱重构方法，包括:对每张多普勒谱均采用谱矩法来估计得到中心频率；将得到的中心频率序列转化为速度序列后，作一次傅里叶变换得到速度谱，乘以解析函数得到原始海浪波数谱；采用波陡函数判分准则确定判决门限；波数谱的判决门限右侧为风浪成分，左侧为非风浪成分，记录峰值能量P1；根据风速仿真PM波数谱，计算有效波高和全谱峰值能量P2；若峰值能量P1小于原谱右侧风浪系统的峰值能量P2，则用Gauss波数谱对应部分来替代门限左侧的非风浪成分；若PM峰值能量P1大于峰值能量P2，则用PM波数谱对应部分来替代门限左侧的非风浪成分；可提高相干测波雷达海浪反演精度；适用于各种相干体制的岸基及船载微波多普勒雷达系统。

技术领域

本发明属于雷达信号处理领域，具体涉及一种基于波陡函数判分的海浪波数谱重构法

背景技术

覆盖地球表面71％的海洋拥有富饶的各类资源，世界各沿海国家均将目光投向海洋。近年来，美、英、法、德等国都在努力推动岸基(及船载)雷达海洋遥感技术的研究来获取无向海浪谱、海浪统计(如有效波高、波周期、浪向)等海洋动力学要素。

随着无线电海洋探测技术的发展，岸基(及船载)相干微波测波雷达已被深入应用于海浪动力学参数遥测。该类雷达通过获取照度区域内的回波多普勒谱，估计其中心频率得到海面水质点在时间元(时域)和距离元(空域)内的径向速度序列，然后利用径向速度序列与海面浪高的转换关系，直接测量海浪参数如有效波高、平均波周期等。该方法无需校准即可得到准确的海浪谱等结果，是一种“直接”测量海浪的方法。其中，对于雷达回波距离多普勒谱，在精确提取多普勒谱频移后，便可根据线性波浪理论下的速度谱和波数谱的解析转换函数得到海浪波数谱。波数谱是海面波高的功率密度谱，反映了海浪能量相对于波数的分布，描述了波浪能量的平均统计分布在空间尺度上的变化特性。

目前，大多数海面建模方法均考虑的是由风浪成分和非风浪成分构成的线性海面。其中，风浪成分以风浪为主，但非风浪成分较为复杂，包括由船体姿态运动引入的附加频率、涌浪、近岸浪、内波、潮汐等。实测数据表明，在混合浪存在的海域内，波数谱的低波数区间经常会出现较为明显的能量擢升现象，这是海浪中多种非风浪成分共同作用的结果，也会给雷达海浪探测结果带来较大误差。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于波陡函数判分的海浪波数谱重构法，能够区分波数谱中的风浪与非风浪成分，抑制低波数区间内由非风浪成分引起的能量擢升现象，并保留波数谱中存在的风浪成分，提高海浪参数反演的精度。

本发明采用的技术方案是：一种基于波陡函数判分的海浪波数谱重构方法，包括如下步骤:

步骤一：对每张多普勒谱均采用谱矩法来估计得到中心频率f_i；

步骤二：将步骤一中得到的中心频率f_i序列转化为速度序列后，作一次傅里叶变换得到速度谱V(k)，乘以解析函数得到原始海浪波数谱E(k)(后面简称为原谱)；

步骤三：采用波陡函数判分准则确定判决门限；

步骤四：波数谱的判决门限右侧为风浪成分，左侧为非风浪成分，记录峰值能量P1；

步骤五：根据风速仿真PM波数谱，计算有效波高Hs和全谱峰值能量P2；

步骤六：由于非风浪成分中的涌浪、潮汐、内波等主要组成部分均具有对称性，符合高斯函数的形式；若峰值能量P1小于原谱右侧风浪系统的峰值能量P2，则用Gauss波数谱对应部分来替代门限左侧的非风浪成分；若PM峰值能量P1大于峰值能量P2，则用PM波数谱对应部分来替代门限左侧的非风浪成分；

步骤七：保留原谱中判决门限的右侧部分与左侧替换部分合并即可得到重构的海浪波数谱。

进一步的，所述步骤一具体实施为：由于实测距离多普勒谱满足合成功