基于航海雷達(dá)的動(dòng)態(tài)環(huán)境下海面風(fēng)場(chǎng)反演方法研究.pdf

1、海風(fēng)是海洋上最常見的現(xiàn)象。風(fēng)場(chǎng)催生海浪，風(fēng)力的大小直接影響海浪的大小，而且海風(fēng)極具破壞性，關(guān)系到航運(yùn)、勘探等人類海上活動(dòng)的安全。近代遙感設(shè)備在空間海洋學(xué)引起了人們的重視，各國(guó)學(xué)者開始使用散射計(jì)、合成孔徑雷達(dá)（機(jī)載或星載）、高度計(jì)等設(shè)備監(jiān)測(cè)海面風(fēng)場(chǎng)。然而這些設(shè)備的缺點(diǎn)很明顯，存在分辨率低、重復(fù)采樣率較低、易受天氣影響等不足。近些年，航海雷達(dá)在遙感領(lǐng)域得到了深入應(yīng)用，尤其是在海面風(fēng)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方面。航海雷達(dá)具有測(cè)量區(qū)域大、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、分辨率高等優(yōu)點(diǎn)

2、。
　　利用航海雷達(dá)對(duì)風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)大概始于二十世紀(jì)六十年代。目前，發(fā)展較成熟的風(fēng)場(chǎng)反演方法有兩種：基于光流運(yùn)動(dòng)的海面風(fēng)場(chǎng)反演算法和基于梯度和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)場(chǎng)反演算法。經(jīng)過多年的改進(jìn)和完善，這兩種方法的反演精度得到了極大提高。但這兩種方法都是基于岸基或近海雷達(dá)采集的雷達(dá)圖像進(jìn)行風(fēng)場(chǎng)反演的。岸基或近海的雷達(dá)采集的雷達(dá)位置固定，圖像數(shù)據(jù)不純凈，除了噪聲的干擾，還有近岸船舶、建筑物的干擾，真正可以利用的只是圖像的一部分。而且，近岸的海平

3、面除了受風(fēng)場(chǎng)的作用，更容易受到山丘，海床地形、潮流的影響，這些都是風(fēng)場(chǎng)反演研究的不利因素。而且若想發(fā)揮海面風(fēng)場(chǎng)反演方法的實(shí)用價(jià)值，應(yīng)該讓移動(dòng)平臺(tái)航行過程中，能夠?qū)崟r(shí)知道周圍海域的風(fēng)場(chǎng)情況。所以本文開展利用移動(dòng)平臺(tái)（船舶、鉆井平臺(tái)等）裝載的航海雷達(dá)獲取的動(dòng)態(tài)環(huán)境下遠(yuǎn)海圖像進(jìn)行風(fēng)場(chǎng)反演的研究。
　　本文首先介紹了海面風(fēng)場(chǎng)反演需要用到的技術(shù)及理論，其次介紹了海浪生成理論和雷達(dá)成像機(jī)制并考慮船速進(jìn)一步完善雷達(dá)圖像生成理論，為本文設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)

4、環(huán)境下風(fēng)場(chǎng)反演方法提供模擬雷達(dá)圖像數(shù)據(jù)。簡(jiǎn)要說明了基于岸基或近海雷達(dá)的海面風(fēng)場(chǎng)反演方法：基于光流運(yùn)動(dòng)的海面風(fēng)場(chǎng)反演算法和基于梯度和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)場(chǎng)反演算法。通過研究BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)風(fēng)速反演算法，借鑒Hatten的理論并結(jié)合地球物理模型函數(shù)(GMF)，本文基于最小二乘法理論，建立風(fēng)速和雷達(dá)圖像回波值之間的關(guān)系模型來反演風(fēng)速。通過研究基于光流運(yùn)動(dòng)的海面風(fēng)場(chǎng)反演算法，完成對(duì)雷達(dá)圖像的濾波、滑動(dòng)平均和圖像縮減，得到含有風(fēng)場(chǎng)條紋的圖像。在此基礎(chǔ)上，