[发明专利]一种基于高斯拟合的雷达多普勒谱估计海面流场的方法

摘要

本发明公开了一种基于高斯拟合的雷达多普勒谱估计海面流场的方法，通过估算雷达波束与地面相对速度，从SAR信号的多普勒谱中提取海面动态引起的多普勒谱，然后对该多普勒谱进行高斯拟合，判定是否有非线性短波散射分量的干扰，若存在，滤除非线性短波散射分量，加权求得Bragg波的实际多普勒中心频率，然后减去Bragg波的理论多普勒中心，求取相应测量单元上的流速，从而获得整个被测海域的流场分布。本发明有效地去除了非线性短波的干扰分量，避免了高海况下反演精度的下降，同时本发明不需要额外辅助海洋模型或数据，方法简单有效以及本发明可以应用到现有单发单收SAR的数据处理中，避免增加星载或者机载SAR系统复杂度。

主权项

一种基于高斯拟合的雷达多普勒谱估计海面流场的方法，其特征在于步骤如下：(1)获取测量海域的SAR回波信号S0(τ,η)，并进行距离压缩处理，得到SAR信号为Src(τ,η)，其中τ为距离向时间，η为方位向时间；(2)计算任意一个距离向时间τ0和方位向时间η0，对应的多普勒谱；具体计算方式如下：获取对应距离门R(τ0)的SAR一维时域信号Src(τ0,η)，在η0‑T/2和η0+T/2范围内对一维时域信号Src(τ0,η)进行方位向傅里叶变换，从而得到为τ0和η0对应的多普勒谱D0(τ0,fη)，其中T为海面相干时间、fη为方位向多普勒频率；(3)根据雷达运动轨迹和观测几何，计算出η0时刻雷达波束扫过地球表面的速度Vref，估计SAR与地面相对运动造成的多普勒频移fref，并将多普勒谱进行频谱搬移，得到去除平台运动影响后的多普勒谱D1(τ0,fη)＝D0(τ0,fη‑fref)；(4)对步骤(3)得到的D1(τ0,fη)进行高斯函数拟合；(5)根据步骤(4)得到的高斯函数拟合结果设计带通滤波器，将高频谱峰滤除，得到去除非线性短波的多普勒谱分量后的多普勒谱D2(τ0,fη)；(6)估计多普勒谱D2(τ0,fη)在正频率区或者负频率区的Bragg波的实际多普勒谱中心频率f1；(7)根据海面波动理论，计算得到Bragg波运动对应相速度Vbrg，则无流场时Bragg波峰对应理论多普勒谱中心为其中，θ和λ为雷达入射角和雷达波长；(8)计算得到R(τ0)和η0处对应海面流速VC(τ0,η0)；(9)改变距离向时间τ和方位向时间η，重复以上的步骤(1)～(8)，可以得到测量海域二维空间的流场分布信息。