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X一、引言波浪是海洋中最具代表性的自然现象之一，具有重要的气象、海洋、船舶等领域应用价值。
其中，波浪周期是描述海浪一系列基本特征之一，通常指连续两个相邻波峰(或波谷)所需的时间间隔。
波浪周期的测量是海洋科学研究和海上工程实践中的重要课题之一。
其中，X 波段测波雷达作为一种高精度波浪测量技术之一，得到了广泛的研究和应用。
本文将重点介绍X 波段测波雷达的波浪周期测量范围分析方面的研究成果和实践应用情况，旨在为相关领域的研究者和工程实践者提供有价值的参考和指导。
二、X 波段测波雷达工作原理X 波段测波雷达是一种利用高频电磁波(主要指10-15 GHz 频段) 通过空气-海水界面反射的技术，对海面波浪进行测量和分析的设备。
该雷达工作原理基于多普勒效应，即利用电磁波从发射点射向海面，经由反射后回到接收点的时间差来反演波浪特征参数。
在实际应用中，雷达一般通过机械或电子扫描的方式，扫描大范围的视场，在每个扫描点处获取海面反射信号，通过信号处理和数据分析获取波浪周期、波形、波高等相关参数。
X 波段测波雷达具有许多优点，如不受天气影响、测量精度高、能够实现远距离的高分辨率测量等。
但同时，它也存在着一些局限性，其中之一即波浪周期测量范围的限制。
下面将详细分析该问题。
三、波浪周期测量范围的分析X 波段测波雷达在波浪测量中的主要优点是可以实现高分辨率和高精度的测量，但相应的，在测量范围上也存在一定的限制。
这主要是由雷达工作频率和测量模式等因素所决定的。
1. 声学滤波器的影响X 波段的电磁波在穿过空气-海水界面后，会经历多次反射和折射，最终被接收器所接收。
在这个过程中，由于海水的吸收和散射作用，部分频段的电磁波被滤波器所滤除，从而会对波浪周期的测量结果产生影响。
尤其是在大波浪情况下，海浪会造成电磁波的多次反射和衍射，会使得波形变得不规则，频谱也会产生扩展。
这就需要相应地调整雷达的滤波器参数，以实现更准确的波浪周期测量结果。
动态环境下X波段航海雷达海浪参数反演研究海浪是一种十分复杂的自然现象,研究海浪的物理信息对海洋工程建设与发展、海洋能源探索与挖掘、交通运输、海洋捕捞等都具有重大的意义。
对于海浪的监测起源于20世纪50年代初,而近20年里基于X波段雷达图像的海洋参数反演研究备受瞩目。
在平台处于静态环境下监测海浪已经取得显著成效的同时,如何处理动态环境带来的新问题,成为本文的重要研究方向。
本文以在研项目为依托,对由于船速过大导致多普勒频移、色散关系滤波器带通不合适、频率混叠等问题展开进一步分析,并提出解决方案。
首先,雷达平台运动时,增强了多普勒效应,多普勒效应令海浪功率谱发生频移。
此时现有的基于色散关系的带通滤波器会保留几乎全部的图像谱能量,无法起到滤波效果。
本文针对这一问题,构造一种新的带通滤波器,该滤波器与传统滤波器具有相同的时间复杂度;通过实验证明该滤波器不仅在动态环境下可以保留海浪的主要能量,在岸基实验下同样可以滤除更多的非海浪噪声。
反演结果满足精度要求,且与WAMOS、WAVEX测量结果相近。
其次,本文实验中所用雷达转速不能满足动态环境下的反演要求,导致信号在时间域欠采样的产生,从而发生频谱混叠现象。
本文利用雷达海上试验参数分析混叠的产生机理,并计算出发生混叠的海浪参数与采样频率之间的关系和导致混叠现象发生的雷达平台相对于海浪的最小速度。
随后,找到海浪频率谱的混叠方式,并借助傅里叶变换性质重构原始色散关系曲面。
导航雷达反演的海面信噪比与有效波高真值的数据量分布不均匀会导致波高的拟合系数不准确,这是一直难以解决的问题。
本文最后针对这一问题设计了一个新的渐近线回归方法,利用该方法可模拟大海浪下信噪比的开方与有效波高的比值并生成新的拟合系数,通过仿真实验证明该方法生成的波高在理论范围内。
且利用已有数据对该方法进行验证,证明该方法对原数据点的模拟度高,仿真结果符合波高数据的分布和变化规律。
X-波段雷达近海海浪频谱反演的神经网络模型王静;唐军武;何宜军;王鑫;潘玉方【摘要】As a new tool for ocean wave measurement interiorly, X-band radar can be used to provide sea state information and a wave field can be get form an image sequence. However, there are still some problems in the retrieval of wave frequency spectrum and significant wave height ( Hs).A nonlinear regression method was used to fit the in situ wave frequency spectrum and radar one-dimension image spectrum with standard PM, JONSWAP and TMA spectrum, and the basic form and the corresponding spectral parameters can be obtained accurately. Then, a generalized regression neural network model (GRNN) was introduced to retrieve the wave frequency spectral parameters from the one-dimensional radar image spectrum parameters. In the model, the signal — to — noise ratio (SNR) of the image sequence was added to set up a nonlinear relationship with Hs ,and the inversion results with the in situ data and the traditional algorithm result (the establishment of the linear regression equation between SNR and Hs) were compared. The results show that the mean error of spectral parameters and significant wave height are less than 20%, while the mean error of the traditional algorithm is more than 20%.%X-波段雷达作为国内海浪观测的一种新工具,在海浪频谱获取和有效波高反演方面仍存在较多问题.本文利用非线性回归方法,将现场实测浮标数据频谱和雷达一维图像谱分别与标准频谱模型进行拟合,发现浮标频谱和一维图像谱具有标准频谱的特征,能够较准确地获取相应的谱参数.提出了建立由雷达一维图像谱参数反演海浪频谱参数的神经网络模型,同时在模型中加入影像序列信噪比,进而反演有效波高,并将反演结果与现场实测数据和传统算法(建立影像序列信噪比与有效波高之间的线性回归方程)进行了对比,结果表明,获取谱参数的误差和反演有效波高的平均误差在20％以内,而传统算法计算有效波高平均误差在20％以上.【期刊名称】《海洋学报（中文版）》【年(卷),期】2013(035)002【总页数】9页(P43-51)【关键词】X-波段雷达;海浪频谱;有效波高;非线性拟合;神经网络【作者】王静;唐军武;何宜军;王鑫;潘玉方【作者单位】遥感科学国家重点实验室,北京100101;中国科学院遥感应用研究所,北京100101;遥感科学国家重点实验室,北京100101;国家海洋局国家海洋技术中心,天津300112;中国科学院海洋研究所,山东青岛266071;国家海洋局国家海洋技术中心,天津300112;国家海洋局第二海洋研究所,浙江杭州310012【正文语种】中文【中图分类】P731.221 引言X－波段雷达作为海浪观测的一种有效手段，具有全天时全天候工作、安装方便、维护成本低廉等特点，在国外石油平台、水文观测网中得到了广泛的应用。
基于X波段雷达的台风浪观测分析王静;文啸;刘春霞;黄健;吕卫华【摘要】对比分析了博贺海洋气象观测站2008年7月11日-10月8日期间X波段雷达WaMoSII和浮标观测的三个台风过程的波浪资料,结果表明:在台风登陆前后的高海况下,两种资料的有效波高和平均波向的大小和变化趋势均吻合较好,并且有效波高的相对差异小于平均波向,而在台风来临的前期和后期消退阶段,有效波高和平均波向的大小有一定的差异,但其变化趋势仍具有较好的一致性.%Based on the wave data parameters derived from the X-band radar WaMoS II (Wave Monitoring System) and the in-situ buoy wave data of Bohe Marine Meteorological Observing Station from 11th July to 8th October, 2008, the comparison between two data sets during the period of the three tropical cyclones is given. The results show that: the significant wave height (SWH) and the mean wave direction (MWD) from the radar measurements are in good agreement with that from the buoy measurements in the processes of the SWH and the MWD sharp increasing. However, with the conformity in the tendency, there is difference in the value between two data sets before the tropical cyclones coming and after their landing.【期刊名称】《海洋预报》【年(卷),期】2012(029)005【总页数】6页(P59-64)【关键词】X波段雷达;波浪;台风;浮标【作者】王静;文啸;刘春霞;黄健;吕卫华【作者单位】中山大学地理科学与规划学院,广东省城市化与地理环境空间模拟重点实验室,广东广州510275;上海市水文总站,上海200232;广州热带海洋气象研究所,广东广州510080;广州热带海洋气象研究所,广东广州510080;广东省茂名市气象局,广东茂名525000【正文语种】中文【中图分类】P714随着人类涉海活动的不断增多，人们对海洋动力环境要素信息的快速、实时获取有着越来越高的要求，从而推动了海洋遥感观测技术的快速发展，其中X波段雷达以其稳定、实时、便捷的特点成为近海和机动海区海面状况，包括海浪、海流和海面风场等要素监测的重要手段，也是近年来海洋遥感的一个重要研究方向。
第32卷 第5期海 洋 学 报Vo l 132,N o 152010年9月ACT A OCEANOLOGICA SIN ICASeptember 2010星载雷达波谱仪反演海浪谱的精度研究林文明1,2,董晓龙1*(1.中国科学院空间科学与应用研究中心,北京100190;2.中国科学院研究生院,北京100049)收稿日期:2010-05-07;修订日期:2010-07-22。
基金项目:国家高技术研究发展计划(/八六三0计划)课题(2007AA12Z119)。
作者简介:林文明(1984)),男,福建省仙游县人,博士研究生,研究方向为星载雷达散射计信号处理及微波遥感技术。
E -mail:1inw enzi1984@通信作者:董晓龙(1969)),男,陕西省人,研究员,主要从事微波遥感理论研究以及微波遥感器系统研究、设计与研制等。
E -m ail:dxl@nm 摘要:介绍了星载雷达波谱仪的观测原理及误差分析模型,并在H auser 等提出的SWIM (sea w ave investigatio n and mo nitoring by satellite)的基础上分析了波谱仪反演海浪谱的波长分辨率和角度分辨率。
为了减小反演调制谱的波动,在数据处理过程中时域和波数域相邻单元的平均个数分别为10和8个。
系统在不同的模式下工作,为了获取20b 的角度分辨率,对调制谱平均次数分别取3次(模式1)、7次(模式2)、10次(模式3)。
使用解析法和仿真法分析了SWIM 工作在模式2时海浪谱观测的能量误差,两种方法的结果一致。
对于给定的海浪条件,能量误差小于20%。
关键词:雷达波谱仪;海浪谱;精度指标;能量误差中图分类号:T P732.1文献标志码:A文章编号:0253-4193(2010)05-0009-081 引言海洋波浪谱信息在数值波浪预测模型的数据同化中可以改善波浪预测的精度[1]。
以往的数据同化一般都是基于波浪谱的总能量,而忽略了谱的具体参数,因此需要假定波浪特性。
基于X波段雷达图像反演近岸水深技术的创新论文0 引言对近岸浅水区域的海底地形的掌握对于近岸活动比如捕鱼,码头建设,铺设石油管道以及形态动力学的研究等都有着至关重要的作用。
传统获取水深的方法包括船载声呐探测、机载激光测探、潜水器测量、超光谱图像测量等。
但是它们普遍具有成本高、效率低的缺点,并且测量精度会受海水清澈度的影响。
为了克服传统测量方法所存在的不足,基于X波段雷达图像序列反演水深的方法得到发展。
在浅水区域,局部的海底地形对表面波的传播有着重要的影响。
当波移动至浅水区域,波的周期不发生变化,但是波的传播速度会发生变化,继而波长减小,波数增加。
表面流的存在也影响表面波的传播,因此水深场以及表面流速场的反演方法都是基于这种传播变化——在物理学中被描述为表面波的色散关系。
1998年Paul Bell运用连续的雷达图像序列之间的互相关性推导出了空间变化的表面波速[1],同时利用从浮标中获取的频率信息,通过运用线性重力波的色散关系计算出了空间变化的水深,但是没有考虑海流的存在。
Hessner等人运用一维FFT变换实现了对图像序列的频率分解[2],某一固定频率的波所对应的波长通过确定局部空间的相位梯度计算得到。
但是此方法的局限性在于它不能运用到包含同一频率但不同传播方向的波的波场,同时也没有考虑到海流的存在。
对时间序列的雷达图像进行3?D FFT变化,并取模的平方得到三维图像谱,由于波数和频率被色散关系联系在一起,因此线性表面波的信号应该很好地分布于其确定的三维形状上。
色散关系的形状取决于水深和表面流速,因此通过拟合理论的色散关系和三维图像谱的坐标分布便可反演出大的空间范围内的平均水深以及流速[3?4]。
但是此方法中的3?D FFT是针对全局范围的算子,因此假定了波场的均匀性以及稳定性。
如果在深水区存在变化的流速或者浅水区存在变化的水深,波的折射将会产生,波场变成了非均匀场,以上方法不再适用,因此需要在局部空间范围内对波参数进行分析。
“海浪场海面流场X 波段雷达监测系统”介绍 系统构成“海浪场海面流场X 波段雷达监测系统（WCXMS ）”由X 波段海洋动力环境探测雷达系统和算法实现与显控应用软件组成。
X 波段海洋动力环境探测雷达系统对古野FR2125B 导航雷达进行改造，形成由天馈线、伺服转台、磁控管发射机、数字中频接收机、信号处理机、实时显控终端和便携电源分机等组成的雷达系统。
算法实现与显控应用软件实现浪流信息提取算法，并提供界面友好的参数设计与测量参量显示输出页面。
系统功能与特点“WCXMS ”可以提供如下海洋环境要素产品 （1） 测量范围的海浪频谱和平均波向分布图；（2） 测量范围的海浪有效波高、主波频率、主波波向、主波波长、表层流速及流向等海洋环境参量；（3） 测量范围内上述参量的场分布图形与量值。
“WCXMS ”具有造价低廉、机动便捷、经济实用和时空分辨率高等特点。
相对于高频地波雷达、波浪浮标和常规海流测量仪器而言，X波段雷达不但体积小、信号采集与处理系统X 波段雷达 原始信号算法实现与显控软件盲区小、不易受人为或自然灾害破坏，而且可以方便地架装在近岸、平台或舰只上，实现对海浪场和海面流场进行实时快速监测。
系统性能指标雷达技术指标工作频率：9410±30MHz；功率：脉冲功率35kW，平均功率35W；天线尺寸：2.4m；垂直波束宽度：20°±5°；水平波束宽度：0.95°±0.1°；天线增益：≥ 31dB；最大副瓣电平：≤–28dB；极化方式：水平；探测范围：360°全方位（可设定观测扇区）；扫描转速：15rpm/30rpm二档可选；探测精度：角度0.4°，距离5.0m，强度1dBz；量化分辨力：方位角度0.1°，距离3m，14bit A/D。
测量参量技术指标业务基础“十五”期间，国家“863”计划海洋监测技术主题和总装备部分别启动了“X 波段雷达海浪探测技术”课题和“基于标准X波段雷达的波浪遥测技术”预研项目，标志着国家正式启动利用X波段雷达对海洋动力环境进行监测的研究。
基于星载合成孔径雷达图像交叉谱的全球海浪特征研究李慧敏;何宜军;王臣;林文明;杨劲松
【期刊名称】《海洋学报》
【年(卷),期】2024(46)3
【摘要】星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)因其全天时、全天候的观测能力,为全球海洋动力环境要素研究提供了重要数据支撑。
然而,SAR海浪成像是非线性过程,现有理论中的近似求解会导致海浪谱反演的信息缺失。
SAR图像交叉谱技术的提出一定程度上突破了这一限制,能够很好地量化海浪谱特性及海浪传播方向。
本研究延续前人系列成果,利用最新提出的面向径向海浪的图像谱强度,开展不同尺度海浪随局地风速的变化趋势分析,并基于雷达视向图像谱强度提取了谱峰波数,进而结合欧洲空间局环境遥感卫星先进合成孔径雷达波模式在开阔大洋获取的近400万景SAR图像,分析了谱峰波数的全球分布特征,为量化全球风浪耦合过程提供新视角,揭示了海浪与风速耦合关系的空间分布与季节变化规律。
【总页数】7页(P111-117)
【作者】李慧敏;何宜军;王臣;林文明;杨劲松
【作者单位】南京信息工程大学海洋科学学院;自然资源部空间海洋遥感与应用重点研究实验室;自然资源部第二海洋研究所卫星海洋环境动力学国家重点实验室【正文语种】中文
【中图分类】P731.21
【相关文献】
1.基于Gabor变换的对星载合成孔径雷达电子侦察信号的检测和特征分析研究
2.星载合成孔径雷达海浪图像谱仿真研究
3.双峰海浪谱的SAR图像交叉谱仿真研究
4.星载合成孔径雷达图像小特征的准确分割方法
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