[发明专利]一种基于单站船载高频地波雷达的表面流测量方法

权利要求书

1.一种基于单站船载高频地波雷达的表面流测量方法，其特征在于，它包括如下步骤：

第一步、根据船载高频地波雷达的系统参数，将被测海域等间距、等角度划分为多个扇形网格，每个网格为一个探测单元；

第二步、利用时-空联合谱估计方法对船载高频地波雷达探测的每个距离圆环的海浪回波时-空谱进行估计，通过谱搜索获得每个探测单元上实测正负一阶Bragg谱峰的位置；

第三步、根据每个探测单元上实测正负一阶Bragg谱峰的位置求取相应探测单元上的径向流速，从而获得整个被测海域的径向流场分布，且此时整个被测海域的径向流场分布的角度分辨率为初始角度分辨率A；

第四步、设在船载高频地波雷达测量的时间范围内，被测海域的表面流场是一致的，且每个探测单元内仅存在一个流场；

第五步、将同一个距离圆环内相邻的三个探测单元合并为一个整体，这三个探测单元内的径向流值是由同一个矢量流场在它们各自径向方向上的投影产生的，降低初始角度分辨率A，获得当前角度分辨率B，且所述的B=3A，然后利用最小二乘法求取每个整体上最优的表面流矢量场；

第六步、船载高频地波雷达对同一个探测单元在相邻多个测量时刻所获得最优的表面流矢量场为同一流场，利用对多个测量时刻在同一探测单元内测得的最优的表面流矢量场进行加权平均，获得被测海域表面流矢量场。

2.根据权利要求1所述的一种基于单站船载高频地波雷达的表面流测量方法，其特征在于，所述的第一步中根据船载高频地波雷达的系统参数，将被测海域等间距、等角度划分为多个扇形网格的具体过程为，

首先，根据船载高频地波雷达的系统距离分辨率将被测海域等间距划分，然后再采用方位估计算法获得的该时刻角度分辨率将被测海域等角度划分，从而得到被测测海域的所有扇形网格。

3.根据权利要求2所述的一种基于单站船载高频地波雷达的表面流测量方法，其特征在于，所述的第二步中利用时-空联合谱估计方法对船载高频地波雷达探测的每个距离圆环的海浪回波时-空谱进行估计，通过谱搜索获得每个探测单元上实测正负一阶Bragg谱峰的位置的具体过程为，

第二一步、对船载高频地波雷达探测到的每个距离圆环的海浪回波协方差矩阵R_oc进行特征分解，获得

Roc=Σi=1NrλieieiH+Σj=Nr+1MKλjejejH=UsΣsUsH+UnΣnUnH]]>    （公式一）；

通过公式一求取U_n；

其中，N_r为协方差矩阵的秩，且

Nr=int[4dλ(M-1+β(K-1))+2]]]>    （公式二）；

M为阵元数；

K为快拍数；

int[·]表示正方向取整；

表示雷达平台在一个调频周期内运动的半阵元间距的个数；

v_p为船载高频地波雷达的平台运动速度；

T_r为调频周期；

λ为雷达工作波长，

d为阵元间距，且d=λ/2

λ_i为R_oc的第i个特征值，i=1,2,…,N_r，

λ_j为R_oc的第j个特征值，j=N_r+1,N_r+2，…,MK，

且λ1≥λ2≥...λNr>λNr+1=...=λMK=σ2,]]>

σ²为噪声功率，

e_i为R_oc的第i特征值λ_i对应的特征向量，

Σs=diag(λ1λ2...λNr)]]>为大特征值组成的对角阵，

Us=e1e2...eNr]]>为大特征值对应的海浪子空间；

Σn=diag(λNr+1λNr+2...λMK)]]>为小特征值组成的对角阵，

Un=eNr+1eNr+2...eMK]]>为小特征值对应的海浪子空间；

[·]^H为共轭转置算子；

第二二步、再将第二一步中求取的U_n的值代入时-空联合谱估计算法

P(θ,f)=vH(θ,f)v(θ,f)vH(θ,f)UnUnHv(θ,f)]]>    （公式三）

中，获得每个距离圆环的海浪回波时-空谱估计值P(θ,f)，然后搜索P(θ,f)中实测正负一阶Bragg谱峰所在位置和获得实测正负一阶Bragg谱峰在相应探测单元中的位置；

其中，v(θ,f)=b(f)⊗a(θ)]]>为空时导向矢量，

a(θ)=[1 exp(j2πd cos(θ)λ)…exp(j2π(M-1)d cos(θ)λ)]^T为指向角度θ的空间导向矢量，

b(f)=[1 exp(j2πfT_r)…exp(j2π(K-1)fT_r)]^T为指向频率f的时间导向矢量，

为船载高频地波雷达实测正一阶Bragg谱在角度上的多普勒频率，

为船载高频地波雷达实测负一阶Bragg谱在角度上的多普勒频率。