[发明专利]基于信息熵的导航X波段雷达海浪波高反演算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于信息熵的导航X波段雷达海浪波高反演算方法，属于海洋遥感技术领域。 

背景技术

海浪对人们的生产和生活有重要影响，如海上航行、渔业生产、近岸的港口航道建设等都和海浪息息相关。此外，对海洋的中小尺度过程的理解和风暴潮的预测等也需要海浪信息。而波高是反应海浪特征的一个重要参数，因此，波高的观测具有重要的现实意义。传统的观测手段如浮标能够精确获得海浪波高的变化信息，但是它们只能获得海浪在固定点的变化，而且不易于管理和维护。导航X波段雷达是一种全天时、全天候的高分辨率成像雷达，可用于从海杂波图像中提取海浪的波高信息。 

从导航X波段雷达图像序列中反演海浪波高的现有方法主要是基于海浪谱。先对雷达图像序列作三维傅里叶变换得到雷达图像谱，然后通过一个经验的调制传递函数将雷达图像谱转化为海浪的波数谱。由于导航X波段雷达的图像没有经过定标，雷达图像的灰度值不能直接反应海面的高度，海浪的波高要通过它与雷达图像谱的信噪比的经验关系来确定。这一方法的缺点在于傅里叶变换是基于波浪场的空间均匀性和时间稳定性的假设，这种情况在真实海区中是很少存在的，尤其是近岸区域。在近岸海区，随着水深的变浅以及岸对波浪的反射、折射等作用，波浪场一般都是不均匀的，从而导致海浪谱方法的精度不高。此外，在低海况时，海面反射的雷达回波较弱，雷达图像中的噪声对海浪谱会有很大影响，这也会造成海浪谱方法不准确。因此，发明一种能够反演不同海况下、均匀波浪场和非均匀波浪场中的波高的方法是本领域中需要解决的技术问题。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是:提供一种能够利用导航X波段雷达图像序列反演不同海况下均匀波浪场和非均匀波浪场的波高的算法。 

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种基于信息熵的导航X波段雷达海浪波高反演算方法，具体步骤如下： 

步骤1：从导航X波段雷达图像中选取研究区域，用研究区域内的雷达图像 灰度值建立观测资料场矩阵，计算观测资料场的距平场； 

步骤2：对距平场做主成分分析，得到海浪的不同成分及各成分对总方差的贡献率； 

步骤3：根据各成分的贡献率选取一个主成分，根据主成分的信息熵与有效波高的关系计算有效波高： 

SWH=A+BΣj=1n|zij|lg|zij|]]>

其中，i＝1,2,…,m，j＝1,2,…,n，z_ij＝z_i1,z_i2,…,z_in，i表示主成分的序号，j表示时间序列的序号，m是主成分的个数，n是观测资料场的时间序列长度；根据现场实测数据确定待定系数A、B。 

进一步的，所述步骤3的具体计算过程如下： 

用主成分分析得到的海浪场的第i个主成分： 

z_ij＝z_i1,z_i2,…,z_in   (1) 

对主成分中的每个元素取绝对值后做归一化处理：