[发明专利]基于海洋遥感数据的海浪三维显示方法

摘要

本发明公开了一种基于海洋遥感数据的海浪三维显示方法，通过从雷达多普勒频谱图中提取出二阶谱反演海浪参数，利用克里金空间插值算法填充网格结点模拟初步的三维海浪并进行波浪平滑，最后采用三次样条插值算法对于时间序列进行插值处理，使时间间隔连续起来从而实现动态显示,具体步骤如下：（一）从雷达多普勒频谱图中提取出二阶谱；(二）利用克里金空间插值算法填充网格结点，模拟初步的三维海浪并进行波浪平滑；（三）采用三次样条插值算法对于时间序列进行插值处理，使时间间隔连续起来实现动态显示。采用本发明的技术方案能以实测数据来验证海浪三维显示，更适合于海洋环境的监测应用。

主权项

一种基于海洋遥感数据的海浪三维显示方法，其特征在于：通过从雷达多普勒频谱图中提取出二阶谱反演浪高参数，利用克里金空间插值算法填充网格结点模拟初步的三维海浪并进行波浪平滑，最后采用三次样条插值算法对于时间序列进行插值处理，使时间间隔连续起来从而实现动态显示，具体步骤如下：(一)从雷达多普勒频谱图中提取出二阶谱，包括如下分步骤：(1)从一场实测数据中选取某一距离元的多普勒频谱图，根据一阶峰的位置估计二阶谱的位置；(2)在二阶谱区选择四个区域，通过matlab编程仿真搜索极值点，即此区域内的所有极大值和极小值点，不存在极值点则说明没有二阶谱的存在，如果存在，则继续搜索出一阶峰两侧的极小值点匹配点；(3)根据选取的不同场的海域海况进行综合分析，设定合适的阈值，当信噪比大于所取阈值时，完成二阶谱提取；(二)利用克里金空间插值算法填充网格结点，模拟初步的三维海浪并进行波浪平滑，具体分步骤如下：(1)输入原始，存入数组；(2)根据数据的分布，确定所要插值的区域范围和网格大小，对区域进行网格化处理，模拟出初步三维海浪网格面，使得每个网格结点都是实测数据；(3)对数据检验与分析，计算已知数据点集之间的距离大小，若存在距离值特别小的情况，或者是两个数据点坐标特别靠近的情况，则要剔除这些数据点；(4)了解变量的空间结构，验证所选取的变异函数是否符合实际；在各实测点，根据周围点计算的克里金估计值与该实测点值的误差平方平均最小，来判断数据点之间是否存在一定的约束性，存在约束性再进行下一步操作；(5)由克里金方程组得出加权系数λi；(6)由加权系数和采样点的关系求出被估计点值Z(x0)，其中n为插值个数；(7)重复步骤3)至步骤6)求出估计点值，插值到所有网格点上，完成克里金空间插值；(三)采用三次样条插值算法对于时间序列进行插值处理，使时间间隔连续起来实现动态显示，包括如下分步骤：(1)设定三次样条函数的定义：设f(x)是区间[a，b]上的一个连续可微函数，在区间[a，b]上给定一组基点：a＝x0＜x1＜x2＜...＜xn＝b函数s(x)满足条件：1)s(x)在每个子区间[xi，xi+1](i＝0，1，2，...，n‑1)上是次数不超过三次的多项式；2)s(x)在区间[a，b]上有二阶连续导数；则称s(x)是定义在[a，b]上的三次样条插值函数，x0，x1，x2，...称为样条结点，其中x1，...，xn‑1称为内结点，x0，xn称为边界结点；(2)对三次样条函数进行求解：设三次样条函数S(x)在每个子区间[xj‑1，xj]上有表达式：S(x)＝Sj(x)＝ajx3+bjx2+cjx+dj x∈(xj‑1，xj)，j＝1，2...n；其中aj，bj，cj，dj为待定常数，插值条件为：1)S(xj)＝f(xj) j＝0，1，2...n；2)(n‑1)内结点处连续及光滑性条件：S(xj‑0)＝S(xj+0)，S’(xj‑0)＝s(xj+0)，S”(xj‑0)＝S(xj+0)； j＝1，2...n；对于待定系数aj，bj，cj，dj，j＝1，2...n；即4n个未知系数，而插值条件是4n‑2个，还缺两个，因此必须给出两个条件称为边界条件，有以下三类：第一类：已知两端点的一阶导数第二类：已知两端点二阶导数当M0＝Mn＝0时为自然边界条件第三类：周期边界条件(3)对三次样条函数的插值进行运用：在每个子区间[xj‑1，xj]上，确定出符合上述插值条件的三次多项式Sj(x)求出S(x)，在数据的时间之间获得更多的插值点，使时间间隔连续起来，从而实现三维海浪的动态显示。