[发明专利]一种基于频谱分割的海浪波谱仪斑点噪声谱估计方法

权利要求书

1.一种基于频谱分割的海浪波谱仪斑点噪声谱估计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、对于某个雷达波束观测角φ，用海浪波谱仪接收到的N个脉冲原始信号作为输入信号，利用“快时间频率谱分割法”获得两组一维距离像：及其中：n表示脉冲的序号，R表示地面距离坐标，其取值范围为R_min＜R＜R_max，R_min与R_max分别表示波谱仪波束覆盖范围的近距端距离坐标和远距端距离坐标；

步骤二、对步骤一得到的N个一维距离像对及进行平均，分别得到与

其中：表示由“正”的快时间频率成分得到的脉冲平均后的一维距离像，表示由“负”的快时间频率成分得到的脉冲平均后的一维距离像；

步骤三、根据步骤二得到的一维距离像对与利用“海浪调制波形相消法”估计波谱仪“波动”斑点噪声谱P(k；φ)，其中k表示波数，φ表示雷达波束观测角；

步骤四、对P(k；φ)根据下式进行幅度尺度变换和坐标尺度变换，得到

其中：为P(k；φ)的坐标尺度变换，表示尺度变换后的“波动”斑点噪声谱；

步骤五、对进行线性最小二乘拟合，得到一个一次多项式函数：

P_sp(k；φ)＝x₁·k+x₂,k＞0

其中：P_sp(k；φ)表示估计得到的海浪波谱仪斑点噪声谱，一次多项式的两个系数x₁与x₂由以下两式得到，

其中：X₁与X₂表示函数F(X₁,X₂)的两个自变量，min[F(X₁,X₂)]表示取函数F(X₁,X₂)的最小值，表示取使得函数F(X₁,X₂)最小化的自变量。

2.根据权利要求1所述一种基于频谱分割的海浪波谱仪斑点噪声谱估计方法，其特征在于，所述步骤一的具体步骤如下：

步骤1-1、对于雷达波束观测角φ，将波谱仪接收到的第n个脉冲原始雷达回波信号s_n(t；φ)进行傅里叶变换，得到快时间频率谱信号S_n(f_r；φ)，

S_n(f_r；φ)＝FT{s_n(t；φ)}

其中：t表示一个脉冲回波信号雷达采样的快时间，f_r表示快时间频率，FT{·}表示傅里叶变换算子；

步骤1-2、对快时间频率域回波信号S_n(f_r；φ)根据下式进行匹配滤波以实现脉冲压缩，

其中：表示匹配滤波后的回波信号，K_r为线性调频信号的调频率，F_s表示回波信号的采样频率，j表示虚数单位；

步骤1-3、对匹配滤波后的回波信号按照下式进行距离走动校正，

其中：表示距离走动校正后的回波信号，表示当雷达波束观测角为φ时的、第n个脉冲的、以时间表示的距离走动量；

步骤1-4、利用两个窗函数W⁺(f_r)和W^-(f_r)对距离走动校正后的回波信号进行“快时间频率谱分割”，

以上四式中，表示利用窗函数W⁺(f_r)取出的回波信号的正的快时间频率部分，而表示利用窗函数W^-(f_r)取出的回波信号的负的快时间频率部分；

步骤1-5、对与进行傅里叶逆变换，分别得到信号与

其中：表示由“正”的快时间频率成分得到的快时间域信号，表示由“负”的快时间频率成分得到的快时间域信号，IFT{·}表示傅里叶逆变换算子；

步骤1-6、将信号与从快时间坐标t变换到地面距离坐标R，分别得到坐标变换后的信号与其中，t与R之间的映射关系为，

其中：R表示地面距离坐标，c表示光速，而H表示雷达到海面的高度；

步骤1-7、对与取“模平方”，分别得到两组一维距离像：及

其中：为由“正”的快时间频率成分得到的第n个脉冲的一维距离像，为由“负”的快时间频率成分得到的第n个脉冲的一维距离像，为由“正”的快时间频率成分得到的地面距离域信号，为由“负”的快时间频率成分得到的地面距离域信号，|·|²表示取绝对值的平方。

3.根据权利要求2所述一种基于频谱分割的海浪波谱仪斑点噪声谱估计方法，其特征在于，所述步骤三的具体步骤如下：

步骤3-1、对步骤二得到的与沿着地面距离坐标R进行等长度分段，分别得到M个新的一维距离像对及

其中：表示由“正”的快时间频率成分得到的第m个距离段的一维距离像，表示由“负”的快时间频率成分得到的第m个距离段的一维距离像，M表示距离段的总数目，m表示距离段的序号，表示距离分段后的距离坐标，L_x表示雷达波束覆盖范围距离向的长度，

L_x＝R_max-R_min

步骤3-2、对步骤3-1得到的每段一维距离像根据其平均值进行归一化，得到“距离像对”与

其中：表示由“正”的快时间频率成分得到的第m个距离段的归一化一维距离像，表示由“负”的快时间频率成分得到的第m个距离段的归一化一维距离像，表示沿着距离坐标取平均值；

步骤3-3、将步骤3-2得到的与实施“海浪调制波形相消”，即将二者相减并乘以一个因子得到一组新的函数，

其中：表示海浪调制波形相消后的一维距离像；

步骤3-4、根据下式计算每个距离段的函数的自相关功率谱，

其中：表示自相关功率谱，[·]^*表示取复共轭，k表示波数；

步骤3-5、把步骤3-4得到的M个自相关功率谱进行平均得到波谱仪“波动”斑点噪声谱，

其中：P(k；φ)表示波谱仪“波动”斑点噪声谱。