[发明专利]船载X波段测波雷达回波图像的预处理方法

权利要求书

1.一种船载X波段测波雷达回波图像的预处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)对船舶运动形式进行研究，将船舶在海上的运动状态定义为六个自由度的运动：艏摇、横摇、纵摇、垂荡、横荡和纵荡；

(2)根据船舶运动状态建立海上运动模型，在不同运动状态下，对X波段测波雷达回波图像的影响大小进行评估；

(3)根据评估结果，将船舶艏摇和横荡的影响忽略不计；

(4)基于船舶垂荡和纵荡不影响雷达接收到的信号电平的事实，将船舶看作传输函数，船舶的横摇、纵摇看作船舶对海浪扰动的响应，计算接收到的信号电平损失；

(5)实时获得实际距离分辨单元与参考距离分辨单元之间的偏移量，并对测波雷达回波图像序列进行校正以满足后续海态参数反演要求。

2.根据权利要求1所述的船载X波段测波雷达回波图像的预处理方法，其特征在于，所述的对X波段测波雷达回波图像的影响大小进行评估，具体为：

将垂荡定义为最大起伏高度小于20m，并将纵荡定义为船舶以固定船速向前航行，并评估船舶的横摇、纵摇、垂荡和纵荡对雷达回波的影响。

3.根据权利要求1所述的船载X波段测波雷达回波图像的预处理方法，其特征在于，所述的步骤(4)包括以下步骤：

(4-1)根据船舶的水动力设计和Conolly线性方程，将船舶看作传输函数，船舶的横摇、纵摇看作船舶对海浪扰动的响应，所述的Conolly线性方程表达式为：

其中，N_ψ为无因次阻尼衰减系数，I_ψ为横摇相对横摇轴的转动惯量，ΔI_ψ为附加转动惯量，D为船舶的排水量，h为船体横摇心高，ψ、分别为横摇角、横摇角速度和横摇角加速度，α_e为有效波倾角；

(4-2)对所述的Conolly线性方程进行拉普拉斯变换，得到船体横摇运动的传递函数：

其中，s为拉普拉斯算子；

(4-3)将海浪有效波倾角α_e代入所述的体横摇运动的传递函数响应系统，得到船舶的横摇角ψ，根据以下公式计算有效波倾角α_e：

其中，γ为浪向角，ω_i为离散化的波浪频率，Δω为离散化的海浪频率分辨率，S(ω_i)为频率ω_i对应的频谱，n为离散化后总频率数；

(4-4)通过船舶姿态传感器得到船舶的横摇角ψ(t)、纵摇角根据以下公式计算当测波雷达接收天线倾斜后，接收到的最大信号电平：

其中，E为发射水平电磁波傅氏场，分别表示水平方向和垂直方向，r为传播方向，e^-jkr/4πr为路径扩散因子；h'为受船舶横摇纵摇影响的接收水平电磁波极化矢量，V_oc为天线接收到的最大信号电平，h_i为未受船舶横摇纵摇影响的原始接收水平电磁波极化矢量的大小，E_i为经过传播后的发射水平电磁波傅氏场的大小，E₀为发射电磁波大小。

4.根据权利要求1所述的船载X波段测波雷达回波图像的预处理方法，其特征在于，所述的步骤(5)具体为：

忽略由船舶晃动而造成的测波雷达回波信号电平损失，根据雷达目标探测原理，并通过设置于船舶的姿态传感器设备得到的横摇角ψ(t)、纵摇角垂荡高度Δh和纵荡速度v，实时获得实际距离分辨单元与参考距离分辨单元之间的偏移量，对回波图像进行相应搬移和插值处理，使不同时刻各个分辨单元对应的实际海面位置在空间上对齐并对测波雷达回波图像序列进行校正。

5.根据权利要求1所述的船载X波段测波雷达回波图像的预处理方法，其特征在于，所述的海态参数反演，具体为：

船载X波段测波雷达天线架设高度已知，雷达有效探测范围为600～4000m，对收集的N帧回波图像序列进行三维回波图像序列谱分析，其中，N取值为2^m，m取值为大于或等于4的正整数，图像距离单元分辨率取值为7.5m。

6.根据权利要求1所述的船载X波段测波雷达回波图像的预处理方法，其特征在于，所述的步骤(5)后还包括步骤(6)：

(6)将岸基测波雷达海态参数提取方法应用至经过校正的图像序列，以去除船体运动对测波雷达的影响。