[发明专利]一种基于方位角的高频地波雷达一阶和二阶回波谱分界线确定方法

说明书

本发明公开了一种基于方位角的高频地波雷达一阶和二阶回波谱分界线确定方法，属于高频地波雷达海洋环境监测技术领域。本发明所述的一阶和二阶回波谱分界线确定方法是基于海洋回波的方位角存在以下特性：一是，对一阶回波而言，多普勒频率越近的频点方位角也越相近；二是，在一阶和二阶回波谱分界线附近，随着信号由一阶回波信号过渡为二阶回波信号，信号方位角的变化趋势与一阶回波谱内方位角的变化趋势相反；三是，只要回波谱中存在二阶谱，以上两个特性不会随海况的变化而变化。因此，分析一阶Bragg峰与二阶奇异峰之间各个频点的方位角就能确定一阶与二阶回波的分界线。相较于现有方法，本发明的最大特点是能够适用于不同的海况条件。

技术领域

本发明属于高频地波雷达海洋环境监测技术领域，尤其是与高频地波雷达中一阶和二阶海洋回波谱的提取方法相关，具体涉及一种基于方位角的高频地波雷达一阶和二阶回波谱分界线确定方法。

背景技术

高频地波雷达利用3到30MHz的高频电磁波能够沿着海洋表面绕射而实现对海洋表面的超视距探测。高频地波雷达能够探测海洋表面的风、海浪和海流信息，特别是雷达输出的大范围、高时间和空间分辨率的海洋表面流场信息正在被广泛的应用到海洋研究、海洋预报、海岸管理中。此外，高频地波雷达还可以监测在海洋表面航行的船只。而我国具有漫长的海岸线，因此，高频地波雷达海洋环境监测技术的发展对于我国社会、经济建设都有重要的意义。

高频雷达接收到的海浪回波主要包含一阶海洋回波和二阶海洋回波。一阶海洋回波是由波长等于雷达发射电磁波波长一半的海浪产生的一阶Bragg回波，由于海流的作用，一阶回波表现出明显的展宽，而展宽的量则与流速大小相对应。二阶海洋回波是由波长与雷达发射电磁波波长相等的海浪产生的回波，而且，二阶回波的展宽也与流速相关。由于海洋表面流场和风场信息是利用一阶回波信号反演得到的。因此，准确的提取一阶回波信号对于流场和风场的反演至关重要，而提取一阶回波谱的关键就是确定一阶回波谱区域与二阶回波谱区域的分界线。

目前，常用的一阶回波谱区域与与二阶回波谱区域边分界线确定方法是差谱法。差谱法利用雷达回波谱的形态来确定分界线，其核心思想是利用一阶谱区与二阶谱区临界处时常存在一个陡峭的下降沿来确定一阶和二阶海洋回波谱区分界线。该方法在实际实现中需要预设多个参数，包括雷达探测区域内的最大流速值、信噪比阈值、计算噪声强度所用频点集合的位置、差谱平滑窗长度、差谱谷底或谷峰与邻近区域比较的范围等参数。这些参数在雷达建站的时候利用人工试错的方式确定，并且在之后很少改动这些参数。事实上，在雷达探测范围内整体流速大小比较稳定或者雷达探测范围内海况等级比较稳定的情况下，差谱法是能够比较准确的提取出一阶和二阶回波分界线的位置。但是，雷达回波谱的形态随着海态的变化是会发生剧烈变化的。在同一雷达探测区域内，随着季节的变化，气候变化很大，导致海面上真实的海态产生很大的变化，最终致使雷达回波谱的形态产生变化。这种回波谱形态的巨大变化可能会导致一阶谱区与二阶谱区临界处的下降沿变得不明显。此时，差谱法需要重新调整预设参数才能保证一阶谱区检测结果的准确性。而在雷达运行过程中，人为的经常性地调整差谱法的参数是不现实的。因此，急需更加稳健的一阶谱区和二阶谱区分界线确定方法来保证高频地波雷达在不同海况下的海流和海风测量性能。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于方位角的高频地波雷达一阶和二阶回波谱分界线确定方法，使得高频地波雷达能够在不同海况下更加准确的识别出回波信号中的一阶和二阶回波谱区域，特别是为了避免二阶回波被误当作是一阶回波。

本发明的技术方案为一种基于方位角的高频地波雷达一阶和二阶回波谱分界线确定方法，所述的一阶和二阶回波谱分界线确定方法是利用了高频地波雷达接收到的一阶和二阶海洋回波的方位角分布特性，具体的分界线确定过程包含以下步骤：

步骤1：根据雷达工作参数确定雷达回波谱中的一阶Bragg峰和二阶奇异峰；

步骤2：计算回波谱的噪声强度；