[发明专利]基于相干S波段雷达海洋遥感的多普勒频谱尖峰去除方法

说明书

基于S波段相干雷达海洋遥感的多普勒频谱尖峰去除方法，涉及雷达信号处理领域，以解决相干微波雷达海洋遥感中的破碎波干扰问题。本发明通过分析粗糙海面的自由短波和破碎短波的回波多普勒谱特征，提出了一种破碎短波干扰抑制方法。首先找到回波多普勒谱的信号左右边界，计算得到多普勒谱的带宽；然后以单个距离元在一定时段内的带宽中值B_m作为该距离元的新带宽，保持每个多普勒谱中的左边界不变，通过新带宽获取新的右边界，再通过左边界和新的右边界计算中心频率。该发明在抑制破碎短波的干扰的同时，能保留自由短波回波信息，为相干微波雷达探测海浪参数提供了更为准确的回波信息。

技术领域

本发明涉及雷达观测领域，具体涉及一种基于相干S波段雷达海洋遥感的多普勒频谱尖峰去除方法。

背景技术

微波雷达作为一种有效的海洋探测工具，受到了国内外研究者的广泛关注。特别是近十年来，采用相干体制的微波多普勒雷达及其海洋遥测技术发展迅猛。相干微波雷达通过连续测量水质点的回波多普勒速度，利用长重力波的径向轨道速度和波高谱之间的无定标转换关系，直接获取海浪参数。同时，相干微波雷达具有较高的空间和时间分辨率，能够准确的探测到海面的细节信息，如破碎等，从而对海洋科学的研究也有着重要的价值，但也正是由于这一特点，相干微波雷达的回波多普勒谱容易受到破碎的影响，从而降低海浪的反演精度。

微波电磁波(S,C,X波段)能够与海洋表面的小尺度毛细波(cm级)发生后向布拉格散射。传统的微波复合海面散射模型将海面分为三尺度模型，分别是长重力波，中尺度波和自由短波。其中，自由短波通常由风吹动海面产生，它以自身相速度传播，该短波与电磁波发生布拉格散射后，因携带了长波的调制信息，进而能够反演得到我们感兴趣的长波参数。

海洋中不仅存在自由短波，破碎后也能生成与自由短波同量级的短波，它们也能与电磁波发生布拉格散射，进而影响雷达回波特性。深水情况下，风吹过海面，随着海浪的成长，复合海面中数米长的中尺度波逐渐变得陡峭，并在主波的某些特定相位下，发生扭曲或破碎，这种变形使得中尺度波的前面(背风面)产生了一系列的更短的波，附着在中尺度波的前面，以中尺度波的相速度前进并逐渐演化，直到消退为自由短波。因此，破碎短波的速度通常比自由短波的速度更快，故被称为“快速散射体”。两种短波具有相同的数量级，但速度不同，电磁波与破碎短波发生布拉格散射，使雷达回波的多普勒谱的中心频率偏移，从而在距离或时间多普勒谱上出现尖峰，进而导致雷达反演的海浪谱及海浪参数的改变。研究者们通常利用线性频散关系，在雷达回波的二维波数频率谱中去除破碎短波的干扰，但该方法忽略了破碎短波对波数频率谱中线性海浪能量的影响，具有一定的局限性。目前，还没有一种有效的方法可以从多普勒谱的角度上去除海洋中的破碎短波干扰

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于相干S波段雷达海洋遥感的多普勒频谱尖峰去除方法，由于自由短波产生的信号带宽边界与破碎短波产生的信号带宽边界不同，通过重新估计带宽，有效的去除了多普勒谱中由于破碎短波干扰引起的“尖峰”现象，为现有的相干微波雷达海洋观测提供了一种有效的破碎波干扰抑制方法，从而为后续海浪参数的反演提供更加准确的理论依据。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

基于相干S波段雷达海洋遥感的多普勒频谱尖峰去除方法，包括以下步骤：

Step1、利用相干S波段雷达收集探测区域的海面回波多普勒谱，得到单个多普勒谱、距离和时间多普勒谱；

Step2、估计回波多普勒谱中信号的左边界B_l和右边界B_r，并计算得到多普勒谱的带宽B_w以及谱的中心频率f_d；

Step3、取所用雷达的单个距离单元的连续256个多普勒谱的带宽进行排序，得到带宽的中值B_m，将其作为新的带宽值，计算方法简单巧妙，能够有效的提高计算效率；