[发明专利]一种基于间断上下调频波的X波段岸基雷达测流方法

说明书

本发明涉及一种基于间断上下调频波的X波段岸基雷达测流方法，该方法利用X波段岸基雷达发射间断上下调频连续波；然后，对海面雷达回波信号进行上下调频信号分离，得到上调频回波信号与下调频回波信号；接着将上调频回波信号与下调频回波信号利用解线调频方法分别进行距离成像；再利用变换域直线拟合的方式估计上调频一维距离像与下调频一维距离像之间的距离偏移量；然后根据估计得到的距离偏移量计算海流的径向速度；接着将上、下调频一维距离像从斜距坐标变换到地面直角坐标系坐标；最后把不同雷达波束方位角对应的雷达图像拼接起来得到二维海面雷达图像。

技术领域

本发明涉及一种基于间断上下调频波的X波段岸基雷达测流方法，属于海洋遥感技术领域。

背景技术

海洋是地球上最广阔的水体，覆盖着地球表面的四分之三，是全球的气候调节器，也是全球重要的资源宝库。海流是海水的定向流动，其对海洋生态、海上运输、沿海经济、全球气候、海洋开发以及军事方面有着重要的影响。在寒暖流交汇的地方，海水扰动产生的上升流会将下层丰富的营养盐带到海表面，有利于鱼类的生长；对于海上运输，逆流会增加燃料的消耗，并使得航期延长，增加航海的风险；海流从低纬流到高纬的时候，会将低纬的热量带到高纬，增加水汽的输送，产生降水；对于军事来说，海流对水下运载器航行具有重要影响；再者，要实现海岸带资源的可持续开发，就要研究海流的规律；石油和天然气勘探等行业需要可靠的海流数据，以确保安全的工作条件。因此，对海流的观测具有十分重要的意义。

概括起来，现有的海流测量手段主要包括卫星遥感观测、现场测量、以及岸基雷达观测三大类。卫星遥感能够实现全球范围的海流观测，但是其观测的时间分辨率较低，对同一区域的观测不具有时间上的连续性；并且，对于光学卫星遥感来讲，容易受到光照、恶劣天气的影响。用于现场测流的仪器设备主要有漂流浮标、叶轮海流计、声学多普勒海流剖面仪等。虽然现场观测具有较高的测量精度，但是通常只能提供空间上离散位置点的海流数据。与卫星遥感和现场海流测量相比较，岸基雷达能够提供近岸较大范围、时间连续的海流数据；这些数据可服务于沿海地区的生态保护和经济发展，比如，可为近岸水深测量、潮汐图绘制、潮汐发电、近岸平台设施风险评估等提供数据支撑。

岸基测流雷达目前主要包括两类：高频地波雷达和X波段雷达。高频地波雷达向海面发射电磁波，通过分析接收到的海面后向散射回波多普勒谱和海浪的相速度可以测量海表面流速。高频地波雷达的工作波段一般为VV极化、3-30MHz的高频波段；高频电磁波可在海洋表面绕射传播，探测范围可达200-400公里。高频地波雷达的优势是其充分利用了海面回波的多普勒信息，从而其测流精度较高。另外一种常用的岸基雷达为X波段雷达。X波段雷达向海面发射电磁波，通过对雷达回波信号的分析处理实现海面距离维的成像而通过方位向雷达波束的旋转实现方位向的成像，从而实现海面的二维成像。利用最小二乘法对X波段雷达图像序列进行分析可反演得到海流速度。

以上两种岸基雷达虽然都能进行海表流场的测量，并具有各自的优势，但是它们却都有各自的不足之处。高频地波雷达虽然考虑了海面运动的多普勒信息，但是其成像功能较弱，成像空间分辨率通常为数百米到数公里。X波段雷达主要是通过雷达图像的分析和处理获得海流信息，属于一种间接海流反演方法，通常不具备测量海面多普勒信息的能力，因此其测流精度不能保证。

现有的一种测量海面速度的方法是通过星载散射计雷达发射同时的上下调频波；这种方法的显著缺点是存在上调频回波信号与下调频回波信号之间的干扰问题，无法在时域对其进行有效的信号分离。

发明内容

本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供一种能够在实现海面场景二维成像的同时，有效利用海面雷达回波的多普勒信息而实现海流速度高精度反演的测流方法。

为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为：一种基于间断上下调频波的X波段岸基雷达测流方法，包括以下步骤：

步骤一、利用X波段岸基雷达发射间断上下调频连续波信号，并利用雷达接收机接收雷达回波信号；