[发明专利]一种消除噪声对相参X波段雷达观测海浪的影响的方法

说明书

本发明公开了一种消除噪声对相参X波段雷达观测海浪的影响的方法，涉及海洋遥感技术领域，该方法包括两部分：第一部分是对雷达图像序列做小波变换以减小噪声，然后通过谱分析求出峰值周期和主波波向等参数；第二部分是选取文氏谱作为经验谱，建立经验谱和观测谱的最小化差异模型，求解该模型反演海浪的有效波高。本发明解决现有技术中相参X波段雷达无法精确观测海浪信息的问题，为近岸的海洋活动和海洋动力环境研究提供了新型技术基础。

技术领域

本发明涉及海洋遥感技术领域，特别是一种消除噪声对相参X波段雷达观测海浪的影响的方法。

背景技术

海浪是重要的海洋动力参数，对海洋科学的研究具有重大意义。传统观测方法(如浮标等)不能全面反映待测海域的真实海况，易受破坏；卫星遥感(如卫星高度计、合成孔径雷达)可以大面积观测表面流，但是其时间分辨率受卫星的重复周期的限制，观测周期长；导航X波段雷达具有高时间和空间分辨率，能够进行全天时、全天候观测，近年来被广泛用于观测海浪，如专利号为ZL201310123693.9，何宜军，陈忠彪，丘仲锋的发表的基于EOF分解的导航X波段雷达海浪参数反演算法；但是由于没有经过定标，对实际使用造成很大不便；相参X波段雷达可以直接获得海面的多普勒频移，不需要经过定标或者引入复杂的调制传递函数，所以适合用于海浪的观测。

与导航X波段雷达相比，相参X波段雷达系统对海面成像时受到相关噪声的影响，雷达图像的噪声大，对海浪的观测造成很大影响。现有的消除噪声的方法是利用频散关系设计带通滤波器对图像谱滤波(如蔡文娟发表的岸基X波段宽带相参雷达海浪信息提取技术研究和专利号为CN106093936A，王曙曜、周涛等人发表的基于相参雷达慢扫模式下的浪流信息提取方法)，从背景噪声中分离出海浪能量,但由于单一的带通滤波器无法完全消除噪声，并且调制传递函数受海况、雷达参数、观测几何等多种因素的影响而不易准确确定，反演的海浪参数仍存在较大偏差。因此，发明一种简单易行的消除噪声对相参X波段雷达图像影响的方法，以解决现有技术中相参X波段雷达的系统噪声大，无法精确观测海浪信息的问题已成为本技术领域中急待解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种消除噪声对相参X波段雷达观测海浪的影响的方法，本方法简单易行，能够精确观测海浪信息。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

根据本发明提出的一种消除噪声对相参X波段雷达观测海浪的影响的方法，包括以下步骤：

步骤1、读入相参X波段雷达图像序列phase(x,y,t)，其中x和y分别为像素点在雷达图像中的横坐标和纵坐标，t是雷达图像在其所在的雷达图像序列中的采集时间；

步骤2、对雷达相位图像phase(x,y,t)做傅里叶变换，得到雷达图像谱F(k_x,k_y,ω)，雷达图像谱作为观测谱，其中k_x和k_y为x和y方向的波数，ω为频率；

步骤3、对F(k_x,k_y,ω)做小波变换，得到复数小波系数C(α,β)，其中α和β为小波变换的尺度参数和平移参数；

步骤4、对复小波系数的模|C(α,β)|沿平移参数β积分，

根据方程(1)找到最大模对应的尺度参数α_m，其中|·|表示模，β1和β2为最小和最大平移参数，C(α)为复小波系数沿β1到β2的积分；

步骤5、找出复小波系数的辐角arg(C(α_m,α))的极大值，其极值点r_i就是海浪能量谱的谱峰的极大值点，i＝1,2,…,n，其中arg(·)表示辐角，n是极大值的数量；