[发明专利]一种利用X波段雷达探测近海海域水深的方法

摘要

本发明是一种利用X波段雷达探测近海海域水深的方法,包括步骤:利用X波段雷达收集探测区域海面回波图，对收集的N幅回波图像序列进行三维FFT，得到变换后的图像谱；利用相应的滤波技术对图像谱进行滤波，将信号从噪声中分离出来；将滤波后的图像谱在固定频率上转换为波数（kx,ky）坐标下的二维波数谱；利用二维反FFT以及调制传递函数（MFT）来将二维波数谱转换为频率域的海浪谱；计算固定频率上单一成分的谱图对应的波数；利用海面重力波色散关系进行水深反演即可以从三维谱图中提取出水深信息图。本发明为水深探测提供了一种新的手段，具有高的水深测量分辨率以及能形成X波段雷达探测区域内所有海域的水深海图，结果直观明了。

主权项

一种利用X波段雷达探测近海海域水深的方法，其特征在于，包括步骤：步骤1、利用X波段雷达收集探测区域海面回波图，对收集的N帧回波图像序列进行三维FFT，三维FFT变换如下：对待处理矩形区域雷达图像灰度值随时空的分布g(x,y,t)作三维FFT得到在波数空间和频率空间的能量分布 I ( k x , k y , ω ) = ∫ 0 Lx ∫ 0 Ly ∫ 0 T g ( x , y , t ) exp [ i ( k x x + k y y - ωt ) ] dxdydt = Σ n 1 = 1 Nx Σ n 2 = 1 Ny Σ n 3 = 1 N g ( n 1 , n 2 , n 3 ) exp [ i ( k x n 1 Δx + k y n 2 Δy - ω n 3 Δt ) ] 其中，Lx,Ly,T分别为矩形区域的长、宽和时间序列的总长度；I(kx,ky,ω)为三维傅里叶变换后的三维数组；g(x,y,t)为雷达图像灰度值随时空的分布；kx,ky,ω分别为规定的x坐标轴以及y坐标轴的波数以及波浪频率；Lx=NxΔx，Ly=NyΔy，T=NΔt；步骤2、对步骤1得到的图像谱I(kx,ky,ω)，利用频率‑波数以及方向‑波数的关系来对谱进行联合滤波；具体方法是利用频率‑波数以及方向‑波数的关系，找出最接近线性波理论色散方程并且回波信号强度大于基本噪声强度的区域，以此来将信号从噪声中分离出来；步骤3、将步骤2中滤波后的图像在固定频率上换为波数(kx,ky)坐标下的二维波数谱；由于每一帧回波图像都对应着一固定的频率，我们把每一帧滤波后的图像分离出来，此图像与频率无关，而只与波数（kx,ky）有关，即得到每个固定频率上的二维波数谱；步骤4、利用二维反FFT以及导数算子来将步骤3中的二维波数谱转换 为频率域的图像谱，二维反FFT变换基于以下公式：Iw(ri)=2‑FFT‑1(MFT*Iw(kx,ky))其中，MFT表示调制传递函数，能够消除海浪回波的非线性，经过它的调制作用，能够使图像谱转换为海浪谱，所得到的单一成分的图像谱代表着分离出来的雷达探测区域海浪的回波强度，对二维反FFT后的式子求导数即可得出二维空间海浪谱；步骤5：利用梯度运算计算分离出来的每帧图像对应的频率上的单一成分的海浪谱图波数；步骤6：将每帧图像对应的频率上的单一成分的海浪谱图波数结合所有帧图像对应的各个频率即能够组成三维谱图，利用海面重力波色散关系进行水深反演即能够从三维谱图中提取出水深信息图。