[发明专利]一种基于双频高频地波雷达的浅海水深测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及雷达测量领域，尤其是一种利用双频高频地波雷达进行浅海水深测量的方法。

背景技术

浅海水深测量对浅海石油勘测与开发、海底输油管道与通讯电缆的埋设、海上交通运输与海洋渔业、海水养殖、近海经济和海洋救护等具有十分重要的意义。传统的海洋测深技术是以船只为平台,采用声纳技术进行。由于时间和经费的限制,以及存在船只无法进入的地区,使得传统的测深技术在广阔的近海海域受到了一定的限制。人们一直在寻找一种既快又便宜的浅海水深测量方法。

随着遥感技术的发展，利用海水可见光遥感反射率、高光谱遥感幅亮度进行水深测量的卫星遥感技术逐步发展成熟，但这种技术只能在水色清澈的海域和白天进行，应用受到很大的限制。另外，星载SAR也成为卫星海洋遥感观测的重要技术手段之一，它通过与工作波长接近的海表面微尺度共振而测量海面后向散射信号的幅值和时间相位信息，产生表征海面后向散射强度的高分辨率遥感图像进行水深反演，但SAR浅海地形遥感成像的前提是有较强潮流的存在和表面微尺度波的产生。

 高频地波雷达是近40年来发展起来的全天候、大面积探测海洋表面动力学要素和舰船目标的新技术。其探测海洋表面径向流的基本原理是根据Barrick提出的一阶海洋回波电磁散射理论对接收到的后向散射回波进行空间谱估计提取海流方向信息。然而在浅海海域，深水条件不能得到满足，会对海洋表面径向流的探测结果产生影响。

发明内容

本发明利用浅水条件下水深对海洋表面径向流探测结果的影响，提出了一种基于双频高频地波雷达的浅海水深测量方法。

本发明的技术方案为一种基于双频高频地波雷达的浅海水深测量方法，包括以下步骤：

步骤1，设双频高频地波雷达的工作频率为                                                和，其中>，根据工作频率和确定一个关于水深的单调函数，如下式一

其中，为重力加速度，为光速；

步骤2，双频高频地波雷达的两个工作频率和分别对同一位置海洋表面径向流的多普勒频移进行测量，利用探测结果计算单调函数的值，如下式二

其中，为频率探测的海洋表面径向流的多普勒频移，为频率探测的海洋表面径向流的多普勒频移；

步骤3，根据步骤2所得单调函数的值和式一，得到水深。

本发明的优势在于：提出了一种新的探测浅海水深的方法，使双频高频地波雷达在进行海洋动力学要素探测的同时就能实现浅海水深的测量；能进行大面积的浅水水深探测，运算量小，具有较好的精度和稳健性。 

附图说明

图1是本发明实施例的函数示意图。

具体实施方式   

以下结合附图和实施例详细说明本发明技术方案。

本发明的关键在于根据工作频率构造一个新的关于水深的单调函数，利用两个频率对同一位置的海洋表面径向流的探测结果进行水深计算。

在深水条件下，真实的海面可以用类似Fourier变换的方式分解成为正弦波列成分的叠加。对于岸基高频地波雷达，波长等于雷达电波波长一半的海浪会对电波产生最强的后向散射，这列海浪的传播相速度是确定的，相速度确定的话，它对电磁波所产生的多普勒频移就是确定的了，其多普勒频移称为Bragg峰（一阶峰），其大小为

                                     （1）          

其中为重力加速度，为光速，为雷达工作频率。

由于各类物理、化学过程的作用，海面上总是有海流存在，海流作为海水的整体运动，会在上面所说的由波浪传播相速度所导致的较大固定频移的基础上再附加一个由流速所导致的微小频偏，远离雷达的流速分量使Bragg峰向负频率方向偏移，接近雷达的流速分量使Bragg峰向正频率方向偏移，通过测量这个频偏就可以获取海流径向速度的大小。由径向流速引起的多普勒频移为

                                                              （2）                                

其中为径向流速，远离雷达为正。

那么Bragg峰的多普勒频移为

                           （3）