[发明专利]一种提取雷达图像中海浪参数的方法

说明书

技术领域

本发明涉及雷达信号处理技术领域，尤其涉及一种提取雷达图像中海浪参数的方法。

背景技术

海浪是一种与人类关系最直接也是最密切的海洋现象，直观地向我们展示着大海的波澜壮阔。同样，海浪也会给人类造成巨大的灾害。实际上，海浪是发生在海洋表面的一种小尺度的风生重力波，包括风浪和涌浪。海浪是物理海洋学的一个重要研究领域，研究海浪的生成、成长、消衰以及传播机制、揭示其内部结构和外在特征，对于国防、航运、造船、港口以及海上石油平台的建设等具有重要意义。

由于海浪具有随机性，因此可以将其看作是随机过程，应用统计学的方法进行研究。以随机过程描述海浪必然要引出海浪谱的概念，因此，海浪谱构成了海浪研究的核心问题之一，从海浪本身到海浪理论的应用都与海浪谱密切相关。海浪谱可分为一维的海浪频谱和二维的海浪方向谱。海浪频谱是代表海浪能量相对于组成波的频率的分布，同样，将谱的概念拓展成二维的，那么，海浪方向谱就是描述海浪能量在波数空间内分布的一个物理量。海浪的所有统计性质，均可由海浪方向谱获得。因此，海浪方向谱的研究具有更重要的意义，目前现有技术中还没有获取海浪。

SAR是合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar）的简称，是一种可以装载在飞机上或卫星上的主动式微波探测器，前者称为机载合成孔径雷达，后者称为星载合成孔径雷达。所谓主动式，就是说雷达上装有发射和接收信号的装置，所以它不仅接收信号，同时也主动发射信号，将返回的信号和海面上的粗糙度建立联系来获取海面信息。SAR所发射的电磁波在微波波段，因此它可以直接穿透云层，并不受光照的影响，即使在黑夜或者恶劣的天气下也能进行工作，因此可以连续地获得海浪方向谱信息。在获取资料的连续性上弥补了其他形式的海浪方向谱观测的不足。

海浪是物理海洋学的一个重要研究领域。海浪研究的核心问题之一是对海浪谱的研究，从海浪本身到海浪理论的应用都与海浪谱密切相关。而二维海浪方向谱是极难获得的。SAR是唯一一种可以在其运行轨道上连续获得大面积的海浪方向谱的仪器，因此研究如何从SAR影像中准确有效地获取海浪信息对海浪的研究具有重要的科学意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种提取雷达图像中海浪参数的方法，能在复杂情景中获得准确的海浪参数。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种提取雷达图像中海浪参数的方法，包括如下步骤：

1)获取SAR合成孔径雷达图像数据；

2)从SAR合成孔径雷达图像数据中提取SAR粗谱；

3)对SAR粗谱进行平滑处理，获得SAR谱；

4）将SAR图像谱中的信号分离为风浪生成部分和涌浪生成部分，获得风浪SAR谱与涌浪SAR图像谱；

5）对风浪生成部分进行处理，获得最佳海浪谱参数，使其对应的SAR谱与风浪SAR图像谱符合得最好；对涌浪生成部分用线性关系进行求逆；

6）将最佳海浪谱参数对应的风浪SAR谱与用线性关系求逆后的涌浪SAR图像谱合成为海浪谱；

7）从海浪谱中获取海浪参数。

进一步，所述步骤3-4）通过二维数字滤波器实现。

进一步，步骤2）中，根据附加信息和卫星参数，计算出可使用线性成像关系的最大波数，作为风浪和涌浪的分离波数，所述附加信息包括风速、波浪传播方向与方位方向夹角、反演出来的波长。

进一步，所述步骤4）中，利用二维数字滤波器SAR谱子图像分别进行高通和低通滤波从而对SAR谱的风浪形成部分和涌浪形成部分进行分离。

进一步，所述步骤5）中，所述海浪谱参数为浪向、主波相速和角散系数s，每确定一组海浪参数，即得到一个风浪谱，由非线性成像关系就可得到风浪SAR谱，与风浪SAR图像谱共同代入代价函数J，代价函数J的形式取为：