[发明专利]X波段导航雷达浅海表面流与水深联合估计方法

说明书

本发明公开了一种X波段导航雷达浅海表面流与水深联合估计方法，该方法属雷达海洋遥感测量领域。浅海环境下X波段导航雷达表面流估计与水深估计问题相互耦合，现有方法反演误差较大甚至可能失效。本发明采用有效谱点筛选结合参数解耦技术实现，首先，通过使用弥散关系带通滤波、波数域海谱模型滤波和频域凝聚归一化处理，分三个阶段对原始回波图像谱谱点进行筛选，得到有效谱点集；在此基础上，通过波数域坐标转换、同波数模值谱点坐标差分处理和估计流速补偿完成浅海表面流与水深的同时高精度估计。本发明可为浅海环境下表面流和水深的X波段导航雷达遥感测量提供一种同时、高精度估计方法，对低海况下其它海洋环境参数反演也能发挥积极作用。

一、技术领域

本发明属于雷达海洋遥感测量领域，特别是X波段导航雷达海态遥感测量技术，具体涉及X波段导航雷达浅海表面流与水深联合估计技术。

二、背景技术

海表面流和浅海水深是海洋工程和灾害防护等领域的重要研究对象，对海洋环境研究和海上航行安全具有重要意义。目前对海表面流和浅海水深的测量主要有现场观测法和遥感观测法两种。现场观测使用浮标等水文测量设备直接接触海水测量，其测量精度较高，但存在采样点少、费用高、受海上天气影响大等缺点。遥感观测主要利用星载/机载光学相机或合成孔径雷达以及岸基高频地波超视距雷达等手段进行，能够实时获取大范围海洋观测数据，但普遍存在灵活性受限、分辨力不足和成本昂贵等问题。

为弥补上述观测手段的不足，近三十年来使用X波段导航雷达进行海洋遥感测量受到业内学者们的普遍关注，其突出优势表现在使用灵活方便、可反演信息全面、精度较高和成本很低。X波段导航雷达海态反演的基本技术途径是：首先对海浪空时回波序列进行3维傅里叶变换得到海浪图像功率谱(简称图像谱)，在此基础上利用重力波弥散关系通过最小二乘拟合得到海表面流估计，以估计海表面流值构建弥散关系带通滤波器，提取真实海浪回波信号，从而得到海浪谱并计算主波数、主波向、主波周期等海浪特征参数。以此为基础，衍生发展出众多其它方法和技术可用来进行海表面风场、浅海地形与水深、海浪有效波高等其它海洋环境参数的估计。

具体到海表面流和浅海水深的反演估计方面，现有X波段导航雷达海态反演技术都是独立进行分析和处理的。海表面流反演一般都假设深海条件，基于最小二乘或改进最小二乘准则在海浪回波图像谱中对重力波弥散关系进行拟合得到，导致浅海环境下出现较大估计误差。与此同时，在进行浅海水深估计时一般也是假设流速为零，同样利用重力波弥散关系通过海浪回波图像谱得到待估计值，这在流速不为零也会引起较大估计误差。近年来，有文献提出一种联合海表面流和浅海水深估计方法，分别利用低波数谱点估计水深、高波数谱点估计表面流；但该方法稳健性和精度都受限，存在低波数谱点受噪声干扰严重、估计精度较低和受海况影响严重等缺陷。

三、发明内容

1.要解决的技术问题

本发明的目的是针对浅海环境下X波段导航雷达海态反演时表面流和水深相互耦合，导致传统反演方法误差较大甚至失效的问题，提供一种适应低海况和浅海环境、同时具有较高精度海表面流估计和较高精度水深估计的联合估计方法，其中要解决的技术问题包括：

(1)强背景干扰条件下从图像谱中提取有效回波谱点；

(2)实现浅海环境下表面流和水深的同时高精度估计。

2.技术方案