CN112285708A - 一种船载x波段雷达海浪反演区域处理方法及系统 - Google Patents

一种船载x波段雷达海浪反演区域处理方法及系统 Download PDF

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    • G01S7/415—Identification of targets based on measurements of movement associated with the target

Abstract

本发明公开了一种船载X波段雷达海浪反演区域处理方法，所述方法包括：根据获取的海浪方向信息，确定海浪反演区域的中心方位，并将以中心方位和预设中心距离处为中心点的矩形框作为第1帧雷达图像的海浪反演区域；根据获取的本船航速和航向，对笛卡尔坐标系下多帧雷达图像的海浪反演区域进行修正，以使在船舶运动过程中各帧雷达图像的海浪反演区域在实际地理位置上保持不变。本发明还公开了一种船载X波段雷达海浪反演区域处理系统。本发明可使选择的反演区域在实际地理位置上保持不变，实现对同一地理位置的区域进行反演，保证了反演图像的一致性。

Description

一种船载X波段雷达海浪反演区域处理方法及系统
技术领域
本发明涉及船载雷达技术领域，具体而言，涉及一种船载X波段雷达海浪反演区域处理方法及系统。
背景技术
对于海浪的测量，相关技术中最成熟和广泛使用的方法是谱分析法。其中，对于海浪反演区域的选择，一般是相对于雷达选择一个固定区域，并保持该反演区域不发生变化。然而船舶是一直在运动的，不同区域的海浪也一直在变化，海浪反演区域也应该是持续发生变化的。因此，相对固定的海浪反演区域会使反演的海浪谱不准确。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种船载X波段雷达海浪反演区域处理方法及系统，以使选择的海浪反演区域在实际地理位置上保持不变，实现对同一地理位置的区域进行反演，保证了反演图像的一致性。
本发明提供了一种船载X波段雷达海浪反演区域处理方法，所述方法包括：
根据获取的海浪方向信息，确定海浪反演区域的中心方位，并将以所述中心方位和预设中心距离为中心的矩形框作为第1帧雷达图像的海浪反演区域；
根据获取的本船航速和航向，对笛卡尔坐标系下多帧雷达图像的海浪反演区域进行修正，以使在船舶运动过程中各帧雷达图像的海浪反演区域在实际地理位置上保持不变。
作为本发明进一步的改进，所述海浪方向信息通过谱分析法处理获取，
所述根据获取的海浪方向信息，确定海浪反演区域的中心方位，包括：
将谱分析法处理得到的海浪方向信息作为天线扫描当前圈时海浪反演区域的参考方位；
根据天线扫描上一圈时海浪反演区域的中心方位
Figure 67242DEST_PATH_IMAGE001
和中心方位
Figure 843437DEST_PATH_IMAGE001
对应的权重
Figure 436223DEST_PATH_IMAGE002
，以及天线扫描当前圈时海浪反演区域的参考方位
Figure 893749DEST_PATH_IMAGE003
和参考方位
Figure 255592DEST_PATH_IMAGE003
对应的权重
Figure 812475DEST_PATH_IMAGE004
，确定天线扫描当前圈时海浪反演区域的中心方位
Figure 876246DEST_PATH_IMAGE005
，其中，i表示天线扫描的圈数。
作为本发明进一步的改进，所述根据天线扫描上一圈时海浪反演区域的中心方位
Figure 684933DEST_PATH_IMAGE001
和中心方位
Figure 150550DEST_PATH_IMAGE001
对应的权重
Figure 954033DEST_PATH_IMAGE002
，以及天线扫描当前圈时海浪反演区域的参考方位
Figure 442783DEST_PATH_IMAGE003
和参考方位
Figure 242112DEST_PATH_IMAGE003
对应的权重
Figure 312967DEST_PATH_IMAGE004
，确定天线扫描当前圈时海浪反演区域的中心方位
Figure 601866DEST_PATH_IMAGE005
，包括：
将天线扫描第一圈时海浪反演区域的参考方位
Figure 390962DEST_PATH_IMAGE006
作为天线扫描第一圈时海浪反演区域的中心方位
Figure 400506DEST_PATH_IMAGE007
；
根据所述天线扫描第一圈时海浪反演区域的中心方位
Figure 106294DEST_PATH_IMAGE007
和中心方位
Figure 988930DEST_PATH_IMAGE007
对应的权重
Figure 576907DEST_PATH_IMAGE008
，以及天线扫描第二圈时海浪反演区域的参考方位
Figure 465841DEST_PATH_IMAGE009
和参考方位
Figure 760556DEST_PATH_IMAGE009
对应的权重
Figure 266623DEST_PATH_IMAGE010
，确定天线扫描第二圈时海浪反演区域的中心方位
Figure 764732DEST_PATH_IMAGE011
，其中，
Figure 506292DEST_PATH_IMAGE012
；
根据所述天线扫描第二圈时海浪反演区域的中心方位
Figure 406246DEST_PATH_IMAGE011
和中心方位
Figure 83215DEST_PATH_IMAGE011
对应的权重
Figure 583466DEST_PATH_IMAGE013
，以及天线扫描第三圈时海浪反演区域的参考方位
Figure 551553DEST_PATH_IMAGE014
和参考方位
Figure 883178DEST_PATH_IMAGE014
对应的权重
Figure 541168DEST_PATH_IMAGE015
，确定所述天线扫描第三圈时海浪反演区域的中心方位
Figure 200819DEST_PATH_IMAGE016
，其中，
Figure 221865DEST_PATH_IMAGE017
；
依次类推，直至确定天线扫描当前圈时海浪反演区域的中心方位
Figure 893149DEST_PATH_IMAGE018
。
作为本发明进一步的改进，所述方法还包括：
获取第1帧雷达图像，将所述第1帧雷达图像从极坐标系转换至笛卡尔坐标系，获得笛卡尔坐标系下第1帧雷达图像的海浪反演图像；
其中，所述获取第1帧雷达图像，将所述第1帧雷达图像从极坐标系转换至笛卡尔坐标系，获得笛卡尔坐标系下第1帧雷达图像的海浪反演图像，包括：
根据初始时刻的海浪反演区域的起始距离、结束距离、中心方位和区域大小，确定海浪反演区域矩形框的大小和中心点；
根据当前时刻的海浪反演区域的起始距离、结束距离、中心方位和区域大小，确定海浪反演区域矩形框的大小和动态变化的中心点；
对所述第1帧雷达图像，在极坐标系下，所述第1帧雷达图像其中一点距离雷达图像中心的距离为r，距离正北方向的角度为
Figure 239816DEST_PATH_IMAGE019
，雷达信号回波强度为z，该点在笛卡尔坐标系下的坐标为：
Figure 199813DEST_PATH_IMAGE020
Figure 962233DEST_PATH_IMAGE021
Figure 940553DEST_PATH_IMAGE022
通过最近点插值方法将坐标变换后的雷达信号回波强度z赋值至海浪反演区域相应的坐标位置处，获得笛卡尔坐标系下第1帧雷达图像的海浪反演图像。
作为本发明进一步的改进，所述本船航速和航向通过GPS信息获取，
所述根据获取的本船航速和航向，对笛卡尔坐标系下多帧雷达图像的海浪反演区域进行修正，包括：
在笛卡尔坐标系下，从第2帧雷达图像开始，根据上一帧雷达图像的海浪反演区域中心点的位置
Figure 740013DEST_PATH_IMAGE023
以及上一帧对应时刻的本船航速
Figure 436574DEST_PATH_IMAGE024
和航向
Figure 812804DEST_PATH_IMAGE025
，确定当前帧雷达图像的海浪反演区域中心点的位置
Figure 848893DEST_PATH_IMAGE026
，其中，
Figure 6205DEST_PATH_IMAGE027
，
Figure 3111DEST_PATH_IMAGE028
；
确定每一帧雷达图像的海浪反演区域中心点的位置，根据所述每一帧雷达图像的海浪反演区域中心点的位置和所述每一帧雷达图像的海浪反演区域矩形框的大小，实现所述每一帧雷达图像的海浪反演区域的笛卡尔坐标修正。
作为本发明进一步的改进，所述在笛卡尔坐标系下，从第2帧雷达图像开始，根据上一帧雷达图像的海浪反演区域中心点的位置
Figure 435229DEST_PATH_IMAGE023
以及上一帧对应时刻的本船航速
Figure 873295DEST_PATH_IMAGE024
和航向
Figure 404770DEST_PATH_IMAGE025
，确定当前帧雷达图像的海浪反演区域中心点的位置
Figure 810344DEST_PATH_IMAGE026
，包括：
根据所述第1帧雷达图像的海浪反演区域中心点的位置
Figure 593623DEST_PATH_IMAGE029
以及第1帧对应时刻的本船航速
Figure 666621DEST_PATH_IMAGE030
和航向
Figure 202555DEST_PATH_IMAGE031
，确定第2帧雷达图像的海浪反演区域中心点的位置
Figure 33108DEST_PATH_IMAGE032
，其中，
Figure 541450DEST_PATH_IMAGE033
，
Figure 16425DEST_PATH_IMAGE034
；
根据所述第2帧雷达图像的海浪反演区域中心点的位置
Figure 217599DEST_PATH_IMAGE032
，以及第2帧对应时刻的本船航速
Figure 348497DEST_PATH_IMAGE035
和航向
Figure 332633DEST_PATH_IMAGE036
，确定第3帧雷达图像的海浪反演区域中心点的位置
Figure 114645DEST_PATH_IMAGE037
，其中，
Figure 237453DEST_PATH_IMAGE038
，
Figure 167231DEST_PATH_IMAGE039
；
依次类推，直至确定当前帧雷达图像的海浪反演区域中心点的位置
Figure 765178DEST_PATH_IMAGE026
。
作为本发明进一步的改进，所述方法还包括：获取多帧雷达图像，将所述多帧雷达图像从极坐标系转换至笛卡尔坐标系，获得笛卡尔坐标系下多帧雷达图像的海浪反演图像；
其中，所述获取多帧雷达图像，将所述多帧雷达图像从极坐标系转换至笛卡尔坐标系，获得笛卡尔坐标系下多帧雷达图像的海浪反演图像，包括：
对所述多帧雷达图像，在极坐标系下，每一帧雷达图像其中一点距离雷达图像中心的距离为r，距离正北方向的角度为
Figure 339379DEST_PATH_IMAGE040
，雷达信号回波强度为z，该点在笛卡尔坐标系下的坐标为
Figure 882356DEST_PATH_IMAGE020
Figure 722267DEST_PATH_IMAGE021
Figure 438419DEST_PATH_IMAGE022
确定每一帧雷达图像的海浪反演区域中心点，根据每一帧雷达图像的海浪反演区域矩形框的大小和中心点，确定所述每一帧雷达图像的海浪反演区域中每一点的坐标；
通过最近点插值方法将坐标变换后的雷达信号回波强度z赋值至相应的坐标位置处，获得笛卡尔坐标系下多帧雷达图像的海浪反演图像。
本发明还提供了一种船载X波段雷达海浪反演区域处理系统，所述系统包括：
反演区域方位确定模块，用于根据获取的海浪方向信息，确定反演区域的中心方位，并将以所述中心方位和预设中心距离为中心选取的矩形框区域作为第第1帧雷达图像的海浪反演区域；
反演区域坐标修正模块，用于根据获取的本船航速和航向，对笛卡尔坐标系下多帧雷达图像的海浪反演区域进行修正，以使在船舶运动过程中各帧雷达图像的海浪反演区域在实际地理位置上保持不变。
作为本发明进一步的改进，所述海浪方向信息通过谱分析法处理获取，所述反演区域方位确定模块包括：
将谱分析法处理得到的海浪方向信息作为天线扫描当前圈时海浪反演区域的参考方位；
根据天线扫描上一圈时海浪反演区域的中心方位
Figure 680176DEST_PATH_IMAGE001
和中心方位
Figure 66158DEST_PATH_IMAGE001
对应的权重
Figure 908212DEST_PATH_IMAGE002
，以及天线扫描当前圈时海浪反演区域的参考方位
Figure 116471DEST_PATH_IMAGE003
和参考方位
Figure 524318DEST_PATH_IMAGE003
对应的权重
Figure 156900DEST_PATH_IMAGE004
，确定天线扫描当前圈时海浪反演区域的中心方位
Figure 486250DEST_PATH_IMAGE005
，其中，i表示天线扫描的圈数。
作为本发明进一步的改进，所述根据天线扫描上一圈时海浪反演区域的中心方位
Figure 419571DEST_PATH_IMAGE001
和中心方位
Figure 370341DEST_PATH_IMAGE001
对应的权重
Figure 488339DEST_PATH_IMAGE002
，以及天线扫描当前圈时海浪反演区域的参考方位
Figure 55717DEST_PATH_IMAGE003
和参考方位
Figure 589467DEST_PATH_IMAGE003
对应的权重
Figure 925901DEST_PATH_IMAGE004
，确定天线扫描当前圈时海浪反演区域的中心方位
Figure 90166DEST_PATH_IMAGE005
，包括：
将天线扫描第一圈时海浪反演区域的参考方位
Figure 128530DEST_PATH_IMAGE006
作为天线扫描第一圈时海浪反演区域的中心方位
Figure 213773DEST_PATH_IMAGE007
；
根据所述天线扫描第一圈时海浪反演区域的中心方位
Figure 716298DEST_PATH_IMAGE007
和中心方位
Figure 864514DEST_PATH_IMAGE007
对应的权重
Figure 655752DEST_PATH_IMAGE008
，以及天线扫描第二圈时海浪反演区域的参考方位
Figure 282037DEST_PATH_IMAGE009
和参考方位
Figure 514435DEST_PATH_IMAGE009
对应的权重
Figure 817241DEST_PATH_IMAGE010
，确定天线扫描第二圈时海浪反演区域的中心方位
Figure 846508DEST_PATH_IMAGE011
，其中，
Figure 588068DEST_PATH_IMAGE012
；
根据所述天线扫描第二圈时海浪反演区域的中心方位
Figure 485092DEST_PATH_IMAGE011
和中心方位
Figure 162061DEST_PATH_IMAGE011
对应的权重
Figure 396733DEST_PATH_IMAGE013
，以及天线扫描第三圈时海浪反演区域的参考方位
Figure 427137DEST_PATH_IMAGE014
和参考方位
Figure 696444DEST_PATH_IMAGE014
对应的权重
Figure 278736DEST_PATH_IMAGE015
，确定所述天线扫描第三圈时海浪反演区域的中心方位
Figure 751436DEST_PATH_IMAGE016
，其中，
Figure 38061DEST_PATH_IMAGE017
；
依次类推，直至确定天线扫描当前圈时海浪反演区域的中心方位
Figure 974924DEST_PATH_IMAGE018
。
作为本发明进一步的改进，所述系统还包括：
获取第1帧雷达图像，将所述第1帧雷达图像从极坐标系转换至笛卡尔坐标系，获得笛卡尔坐标系下第1帧雷达图像的海浪反演图像；
其中，所述获取第1帧雷达图像，将所述第1帧雷达图像从极坐标系转换至笛卡尔坐标系，获得笛卡尔坐标系下第1帧雷达图像的海浪反演图像，包括：
根据初始时刻的海浪反演区域的起始距离、结束距离、中心方位和区域大小，确定海浪反演区域矩形框的大小和中心点；
根据当前时刻的海浪反演区域的起始距离、结束距离、中心方位和区域大小，确定海浪反演区域矩形框的大小和动态变化的中心点；
对所述第1帧雷达图像，在极坐标系下，所述第1帧雷达图像其中一点距离雷达图像中心的距离为r，距离正北方向的角度为
Figure 321592DEST_PATH_IMAGE019
，雷达信号回波强度为z，该点在笛卡尔坐标系下的坐标为：
Figure 278659DEST_PATH_IMAGE020
Figure 775500DEST_PATH_IMAGE021
Figure 753820DEST_PATH_IMAGE022
通过最近点插值方法将坐标变换后的雷达信号回波强度z赋值至海浪反演区域相应的坐标位置处，获得笛卡尔坐标系下第1帧雷达图像的海浪反演图像。
作为本发明进一步的改进，所述本船航速和航向通过GPS信息获取，所述反演区域坐标修正模块包括：
在笛卡尔坐标系下，从第2帧雷达图像开始，根据上一帧雷达图像的海浪反演区域中心点的位置
Figure 818859DEST_PATH_IMAGE023
以及上一帧对应时刻的本船航速
Figure 780999DEST_PATH_IMAGE024
和航向
Figure 894579DEST_PATH_IMAGE025
，确定当前帧雷达图像的海浪反演区域中心点的位置
Figure 665089DEST_PATH_IMAGE026
，其中，
Figure 87980DEST_PATH_IMAGE027
，
Figure 84886DEST_PATH_IMAGE028
；
确定每一帧雷达图像的海浪反演区域中心点的位置，根据所述每一帧雷达图像的海浪反演区域中心点的位置和所述每一帧雷达图像的海浪反演区域矩形框的大小，实现所述每一帧雷达图像的海浪反演区域的笛卡尔坐标修正。
作为本发明进一步的改进，所述在笛卡尔坐标系下，从第2帧雷达图像开始，根据上一帧雷达图像的海浪反演区域中心点的位置
Figure 251426DEST_PATH_IMAGE023
以及上一帧对应时刻的本船航速
Figure 952141DEST_PATH_IMAGE024
和航向
Figure 483616DEST_PATH_IMAGE025
，确定当前帧雷达图像的海浪反演区域中心点的位置
Figure 889190DEST_PATH_IMAGE026
，包括：
根据所述第1帧雷达图像的海浪反演区域中心点的位置
Figure 672469DEST_PATH_IMAGE029
以及第1帧对应时刻的本船航速
Figure 479888DEST_PATH_IMAGE030
和航向
Figure 729735DEST_PATH_IMAGE031
，确定第2帧雷达图像的海浪反演区域中心点的位置
Figure 684922DEST_PATH_IMAGE032
，其中，
Figure 943996DEST_PATH_IMAGE033
，
Figure 871500DEST_PATH_IMAGE034
；
根据所述第2帧雷达图像的海浪反演区域中心点的位置
Figure 744779DEST_PATH_IMAGE032
，以及第2帧对应时刻的本船航速
Figure 872747DEST_PATH_IMAGE035
和航向
Figure 981517DEST_PATH_IMAGE036
，确定第3帧雷达图像的海浪反演区域中心点的位置
Figure 779840DEST_PATH_IMAGE037
，其中，
Figure 886336DEST_PATH_IMAGE038
，
Figure 691481DEST_PATH_IMAGE039
；
依次类推，直至确定当前帧雷达图像的海浪反演区域中心点的位置
Figure 292358DEST_PATH_IMAGE026
。
作为本发明进一步的改进，所述系统还包括：获取多帧雷达图像，将所述多帧雷达图像从极坐标系转换至笛卡尔坐标系，获得笛卡尔坐标系下多帧雷达图像的海浪反演图像；
其中，所述获取多帧雷达图像，将所述多帧雷达图像从极坐标系转换至笛卡尔坐标系，获得笛卡尔坐标系下多帧雷达图像的海浪反演图像，包括：
对所述多帧雷达图像，在极坐标系下，每一帧雷达图像其中一点距离雷达图像中心的距离为r，距离正北方向的角度为
Figure 194455DEST_PATH_IMAGE040
，雷达信号回波强度为z，该点在笛卡尔坐标系下的坐标为
Figure 284902DEST_PATH_IMAGE020
Figure 374081DEST_PATH_IMAGE021
Figure 965599DEST_PATH_IMAGE022
确定每一帧雷达图像的海浪反演区域中心点，根据每一帧雷达图像的海浪反演区域矩形框的大小和中心点，确定所述每一帧雷达图像的海浪反演区域中每一点的坐标；
通过最近点插值方法将坐标变换后的雷达信号回波强度z赋值至相应的坐标位置处，获得笛卡尔坐标系下多帧雷达图像的海浪反演图像。
本发明还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储一条或多条计算机指令，其中，所述一条或多条计算机指令被处理器执行以实现所述的方法。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行以实现所述的方法。
本发明的有益效果为：通过动态的选择海浪反演区域，可以获得更加清晰的海浪反演图像，使后续反演的海浪谱更加集中；通过每一帧雷达图像的海浪反演区域中心点坐标的修正可以保证选择的各帧雷达图像的海浪反演区域在实际地理位置上保持不变，可以对同一地理位置的区域进行反演，保证了反演图像的一致性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一示例性实施例所述的一种船载X波段雷达海浪反演区域处理方法的流程示意图；
图2为本发明一示例性实施例所述的海浪回波波动性示意图；
图3为本发明一示例性实施例所述的单帧雷达图像在极坐标系下的示意图；
图4为本发明一示例性实施例所述的多帧雷达图像在笛卡尔坐标系下的示意图；
图5为本发明一示例性实施例所述的雷达图像的海浪反演区域坐标修正时的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明的描述中，所用术语仅用于说明目的，并非旨在限制本发明的范围。术语“包括”和/或“包含”用于指定所述元件、步骤、操作和/或组件的存在，但并不排除存在或添加一个或多个其他元件、步骤、操作和/或组件的情况。术语“第一”、“第二”等可能用于描述各种元件，不代表顺序，且不对这些元件起限定作用。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个及两个以上。这些术语仅用于区分一个元素和另一个元素。结合以下附图，这些和/或其他方面变得显而易见，并且，本领域普通技术人员更容易理解关于本发明所述实施例的说明。附图仅出于说明的目的用来描绘本发明所述实施例。本领域技术人员将很容易地从以下说明中认识到，在不背离本发明所述原理的情况下，可以采用本发明所示结构和方法的替代实施例。
本发明实施例所述的一种船载X波段雷达海浪反演区域处理方法，如图1所示，所述方法包括：
根据获取的海浪方向信息，确定海浪反演区域的中心方位，并将以所述中心方位和预设中心距离为中心的矩形框作为第1帧雷达图像的海浪反演区域；
根据获取的本船航速和航向，对笛卡尔坐标系下多帧雷达图像的海浪反演区域进行修正，以使在船舶运动过程中各帧雷达图像的海浪反演区域在实际地理位置上保持不变。
相关技术中，对于海浪的测量，比较普遍的方法就是谱分析法，该方法主要包括反演区域选择、三维傅里叶变换、色散窄带带通滤波器滤波、积分得到二维图像谱、通过调制函数得到二维海浪谱、计算海浪参数等。对于海浪反演区域的选择，一般是相对于雷达选择一个固定区域，在船运动过程中，该固定区域不发生变化。但由于船是一直在运动的，所以实际反演区域就会一直在变化，由于不同区域的海浪是一直在变化的，经过多帧存储后的雷达图像会发生变化，反演的海浪谱就会不准确。本发明所述方法在确定海浪反演区域的中心方位后，通过第1帧雷达图像的海浪反演区域，对多帧雷达图像的海浪反演区域进行坐标修正，以使在船舶运动过程中，各帧雷达图像的海浪反演区域在实际地理位置上保持不变，进而使后续反演的海浪谱更准确。
一种可选的实施方式，所述海浪方向信息通过谱分析法处理获取，
所述根据获取的海浪方向信息，确定海浪反演区域的中心方位，包括：
将谱分析法处理得到的海浪方向信息作为天线扫描当前圈时海浪反演区域的参考方位；
根据天线扫描上一圈时海浪反演区域的中心方位
Figure 493443DEST_PATH_IMAGE001
和中心方位
Figure 941742DEST_PATH_IMAGE001
对应的权重
Figure 596845DEST_PATH_IMAGE002
，以及天线扫描当前圈时海浪反演区域的参考方位
Figure 788792DEST_PATH_IMAGE003
和参考方位
Figure 150634DEST_PATH_IMAGE003
对应的权重
Figure 973097DEST_PATH_IMAGE004
，确定天线扫描当前圈时海浪反演区域的中心方位
Figure 36868DEST_PATH_IMAGE005
，其中，i表示天线扫描的圈数。
可以理解的是，海浪的方向是一直在发生变化的，如果在反演时将反演区域的中心方向一直固定不变，海浪方向变化会使海浪回波图像不够清晰，反演的海浪谱相对更加分散。本发明所述方法根据船载雷达测量数据，动态的选择海浪反演区域，可以获得更加清晰的海浪反演图像，使后续反演的海浪谱更加集中。
如图2所示，假设海浪的来向为60°，天线扫描一圈后，从60°海浪的来向方向和240°海浪的去向方向海浪回波的波动情况最好，远离60°或者240°的海浪回波的波动性越差，可将海浪反演区域的中心方位选择为海浪的来向方向。海浪反演区域的初始中心方位可以设置为一个固定方位，随后中心方位的计算可通过
Figure 579976DEST_PATH_IMAGE005
来计算。通过加权处理，海浪反演区域的方位随着浪向的变化而动态变化，可以减弱浪向异常值的影响，获得更加清晰的海浪回波图像。另外，由于雷达在安装过程中存在一定的盲区，该盲区是可知的，盲区内没有海浪的回波信息，故反演区域需要避开该盲区。
一种可选的实施方式，所述根据天线扫描上一圈时海浪反演区域的中心方位
Figure 311171DEST_PATH_IMAGE001
和中心方位
Figure 114655DEST_PATH_IMAGE001
对应的权重
Figure 337826DEST_PATH_IMAGE002
，以及天线扫描当前圈时海浪反演区域的参考方位
Figure 137154DEST_PATH_IMAGE003
和参考方位
Figure 270327DEST_PATH_IMAGE003
对应的权重
Figure 231329DEST_PATH_IMAGE004
，确定天线扫描当前圈时海浪反演区域的中心方位
Figure 207376DEST_PATH_IMAGE005
，包括：
将天线扫描第一圈时海浪反演区域的参考方位
Figure 295548DEST_PATH_IMAGE006
作为天线扫描第一圈时海浪反演区域的中心方位
Figure 532495DEST_PATH_IMAGE007
；
根据所述天线扫描第一圈时海浪反演区域的中心方位
Figure 680710DEST_PATH_IMAGE007
和中心方位
Figure 878474DEST_PATH_IMAGE007
对应的权重
Figure 285184DEST_PATH_IMAGE008
，以及天线扫描第二圈时海浪反演区域的参考方位
Figure 327702DEST_PATH_IMAGE009
和参考方位
Figure 692824DEST_PATH_IMAGE009
对应的权重
Figure 456512DEST_PATH_IMAGE010
，确定天线扫描第二圈时海浪反演区域的中心方位
Figure 401334DEST_PATH_IMAGE011
，其中，
Figure 488239DEST_PATH_IMAGE012
；
根据所述天线扫描第二圈时海浪反演区域的中心方位
Figure 712678DEST_PATH_IMAGE011
和中心方位
Figure 212930DEST_PATH_IMAGE011
对应的权重
Figure 712175DEST_PATH_IMAGE013
，以及天线扫描第三圈时海浪反演区域的参考方位
Figure 512641DEST_PATH_IMAGE014
和参考方位
Figure 436210DEST_PATH_IMAGE014
对应的权重
Figure 95861DEST_PATH_IMAGE015
，确定所述天线扫描第三圈时海浪反演区域的中心方位
Figure 461115DEST_PATH_IMAGE016
，其中，
Figure 850508DEST_PATH_IMAGE017
；
依次类推，直至确定天线扫描当前圈时海浪反演区域的中心方位
Figure 947908DEST_PATH_IMAGE018
。
一种可选的实施方式，天线扫描上一圈时反演区域的中心方位对应的权重与天线扫描当前圈时反演区域的中心方位对应的权重相同，天线扫描上一圈时反演区域的参考方位对应的权重与天线扫描当前圈时反演区域的参考方位对应的权重相同。
可以理解的是，天线在扫描过程中，每一圈反演区域的中心方位都是在动态变化的，可以通过上一圈的中心方位和当前圈的参考方位进行加权处理。而在加权处理时，加权系数可根据需求进行设定选取。例如，
Figure 829276DEST_PATH_IMAGE041
，
Figure 919592DEST_PATH_IMAGE042
。
一种可选的实施方式，所述方法还包括：
获取第1帧雷达图像，将所述第1帧雷达图像从极坐标系转换至笛卡尔坐标系，获得笛卡尔坐标系下第1帧雷达图像的海浪反演图像；
其中，所述获取第1帧雷达图像，将所述第1帧雷达图像从极坐标系转换至笛卡尔坐标系，获得笛卡尔坐标系下第1帧雷达图像的海浪反演图像，包括：
根据初始时刻的海浪反演区域的起始距离、结束距离、中心方位和区域大小，确定海浪反演区域矩形框的大小和中心点；
根据当前时刻的海浪反演区域的起始距离、结束距离、中心方位和区域大小，确定海浪反演区域矩形框的大小和动态变化的中心点；
对所述第1帧雷达图像，在极坐标系下，所述第1帧雷达图像其中一点距离雷达图像中心的距离为r，距离正北方向的角度为
Figure 648645DEST_PATH_IMAGE019
，雷达信号回波强度为z，该点在笛卡尔坐标系下的坐标为：
Figure 962952DEST_PATH_IMAGE020
Figure 407315DEST_PATH_IMAGE021
Figure 35742DEST_PATH_IMAGE022
通过最近点插值方法将坐标变换后的雷达信号回波强度z赋值至海浪反演区域相应的坐标位置处，获得笛卡尔坐标系下第1帧雷达图像的海浪反演图像。
一种可选的实施方式，所述本船航速和航向通过GPS信息获取，
所述根据获取的本船航速和航向，对笛卡尔坐标系下多帧雷达图像的海浪反演区域进行修正，包括：
在笛卡尔坐标系下，从第2帧雷达图像开始，根据上一帧雷达图像的海浪反演区域中心点的位置
Figure 540673DEST_PATH_IMAGE023
以及上一帧对应时刻的本船航速
Figure 776613DEST_PATH_IMAGE024
和航向
Figure 694891DEST_PATH_IMAGE025
，确定当前帧雷达图像的海浪反演区域中心点的位置
Figure 877742DEST_PATH_IMAGE026
，其中，
Figure 768337DEST_PATH_IMAGE027
，
Figure 362130DEST_PATH_IMAGE028
；
确定每一帧雷达图像的海浪反演区域中心点的位置，根据所述每一帧雷达图像的海浪反演区域中心点的位置和所述每一帧雷达图像的海浪反演区域矩形框的大小，实现所述每一帧雷达图像的海浪反演区域的笛卡尔坐标修正。
如前述所述，如果雷达不运动，则每一帧的海浪反演区域都是相同的，但是对于船载雷达而言，由于船的运动会导致每一帧的海浪反演区域都发生变化。本发明所述方法在雷达图像坐标转换时进行海浪反演区域的修正处理，去除船运动带来的影响。利用GPS信息获取本船的航速和航向后对每一帧的海浪反演区域进行修正，保证多帧海浪反演区域指向相同的实际地理位置，可以对同一地理位置的区域进行反演，保证了反演图像的一致性。
一种可选的实施方式，所述在笛卡尔坐标系下，从第2帧雷达图像开始，根据上一帧雷达图像的海浪反演区域中心点的位置
Figure 580752DEST_PATH_IMAGE023
以及上一帧对应时刻的本船航速
Figure 285403DEST_PATH_IMAGE024
和航向
Figure 30505DEST_PATH_IMAGE025
，确定当前帧雷达图像的海浪反演区域中心点的位置
Figure 543002DEST_PATH_IMAGE026
，包括：
根据所述第1帧雷达图像的海浪反演区域中心点的位置
Figure 498188DEST_PATH_IMAGE029
以及第1帧对应时刻的本船航速
Figure 757262DEST_PATH_IMAGE030
和航向
Figure 622450DEST_PATH_IMAGE031
，确定第2帧雷达图像的海浪反演区域中心点的位置
Figure 558045DEST_PATH_IMAGE032
，其中，
Figure 485681DEST_PATH_IMAGE033
，
Figure 797714DEST_PATH_IMAGE034
；
根据所述第2帧雷达图像的海浪反演区域中心点的位置
Figure 517408DEST_PATH_IMAGE032
，以及第2帧对应时刻的本船航速
Figure 374637DEST_PATH_IMAGE035
和航向
Figure 38836DEST_PATH_IMAGE036
，确定第3帧雷达图像的海浪反演区域中心点的位置
Figure 561085DEST_PATH_IMAGE037
，其中，
Figure 210984DEST_PATH_IMAGE038
，
Figure 285119DEST_PATH_IMAGE039
；
依次类推，直至确定当前帧雷达图像的海浪反演区域中心点的位置
Figure 390610DEST_PATH_IMAGE026
。
一种可选的实施方式，所述方法还包括：获取多帧雷达图像，将所述多帧雷达图像从极坐标系转换至笛卡尔坐标系，获得笛卡尔坐标系下多帧雷达图像的海浪反演图像；
其中，所述获取多帧雷达图像，将所述多帧雷达图像从极坐标系转换至笛卡尔坐标系，获得笛卡尔坐标系下多帧雷达图像的海浪反演图像，包括：
对所述多帧雷达图像，在极坐标系下，每一帧雷达图像其中一点距离雷达图像中心的距离为r，距离正北方向的角度为
Figure 716549DEST_PATH_IMAGE040
，雷达信号回波强度为z，该点在笛卡尔坐标系下的坐标为
Figure 738732DEST_PATH_IMAGE020
Figure 937763DEST_PATH_IMAGE021
Figure 576555DEST_PATH_IMAGE022
确定每一帧雷达图像的海浪反演区域中心点，根据每一帧雷达图像的海浪反演区域矩形框的大小和中心点，确定所述每一帧雷达图像的海浪反演区域中每一点的坐标；
通过最近点插值方法将坐标变换后的雷达信号回波强度z赋值至相应的坐标位置处，获得笛卡尔坐标系下多帧雷达图像的海浪反演图像。
相关技术中，航海雷达图像是在极坐标下进行成像的，直接对雷达图像中选取的扇形区域进行傅里叶变换，将会使得后续反演算法处理起来非常麻烦。将极坐标图像转换至笛卡尔坐标系下，可以简化后续的处理。如图3所示，一帧雷达图像中，若雷达图像中的某一点距离雷达图像中心的距离为r，距离船首的角度为
Figure 519234DEST_PATH_IMAGE043
，雷达信号回波强度为z，转换到笛卡尔坐标下，则有：
Figure 68027DEST_PATH_IMAGE020
Figure 687227DEST_PATH_IMAGE021
Figure 561118DEST_PATH_IMAGE022
再以最近点插值的方法将变换后区域内的雷达回波强度值赋值到期望的坐标位置处，即可获得笛卡尔坐标系下的雷达图像的海浪反演图像，再进行后续的海浪参数反演的工作。上述是一帧雷达图像的处理，实际处理过程中需要多帧雷达图像的数据。例如如图4所示，反演过程中包括第一帧雷达图像0、第二帧雷达图像1、第三帧雷达图像2、……、第N+1帧雷达图像N，因此需要对每一帧雷达图像都进行极坐标系至笛卡尔坐标系的转换。坐标的修正还可以理解为原点（雷达图像的海浪反演区域中心点）的修正，因为在保证海浪反演区域不变的情况下，船的运动就意味着坐标系的原点在移动，而当前帧原点的位置可以根据上一帧原点的位置和上一帧船运动的航速和航向计算得到。
如图5所示，根据GPS获取本船运动的航速和航向，第1帧对应时刻的本船航速和航向为
Figure 822335DEST_PATH_IMAGE044
和
Figure 38684DEST_PATH_IMAGE045
，第1帧雷达图像的海浪反演区域中心点在笛卡尔坐标系下的坐标为
Figure 766468DEST_PATH_IMAGE046
，则第2帧雷达图像的海浪反演区域的中心点的坐标为
Figure 317535DEST_PATH_IMAGE047
，
Figure 929913DEST_PATH_IMAGE048
；
根据GPS获取本船运动的航速和航向，第2帧对应时刻的本船航速和航向为
Figure 922140DEST_PATH_IMAGE049
和
Figure 148722DEST_PATH_IMAGE050
，则第3帧雷达图像的海浪反演区域的中心点的坐标为
Figure 734555DEST_PATH_IMAGE051
，
Figure 71996DEST_PATH_IMAGE052
；
根据GPS获取本船运动的航速和航向，第i-1帧当前时刻的本船航速和航向为
Figure 184308DEST_PATH_IMAGE053
和
Figure 353032DEST_PATH_IMAGE054
，则第i帧雷达图像的海浪反演区域的中心点坐标为
Figure 675429DEST_PATH_IMAGE055
，
Figure 567292DEST_PATH_IMAGE056
。
通过每一帧雷达图像的海浪反演区域中心点坐标的修正可以保证选择的各帧雷达图像的海浪反演区域在实际地理位置上保持不变，可以对同一地理位置的区域进行反演，保证了反演图像的一致性，从而能够更精确地反演海浪谱及计算海浪信息。
本发明实施例所述的一种船载X波段雷达海浪反演区域处理系统，所述系统包括：
反演区域方位确定模块，用于根据获取的海浪方向信息，确定海浪反演区域的中心方位，并将以所述中心方位和预设中心距离为中心的矩形框作为第1帧雷达图像的海浪反演区域；
反演区域坐标修正模块，用于根据获取的本船航速和航向，对笛卡尔坐标系下多帧雷达图像的海浪反演区域笛卡尔坐标进行修正，以使在船舶运动过程中各帧雷达图像的海浪反演区域在实际地理位置上保持不变。
相关技术中，对于海浪的测量，比较普遍的方法就是谱分析法，该方法主要包括反演区域选择、三维傅里叶变换、色散窄带带通滤波器滤波、积分得到二维图像谱、通过调制函数得到二维海浪谱、计算海浪参数等。对于海浪反演区域的选择，一般是相对于雷达选择一个固定区域，在船运动过程中，该固定区域不发生变化。但由于船是一直在运动的，所以实际反演区域就会一直在变化，由于不同区域的海浪是一直在变化的，经过多帧存储后的雷达图像会发生变化，反演的海浪谱就会不准确。本发明所述系统在确定海浪反演区域的中心方位后，通过第1帧雷达图像的海浪反演区域，对多帧雷达图像的海浪反演区域进行坐标修正，以使在船舶运动过程中，各帧雷达图像的海浪反演区域在实际地理位置上保持不变，进而使后续反演的海浪谱更准确。
一种可选的实施方式，所述海浪方向信息通过谱分析法处理获取，
所述海浪方向信息通过谱分析法处理获取，所述反演区域方位确定模块包括：
将谱分析法处理得到的海浪方向信息作为天线扫描当前圈时海浪反演区域的参考方位；
根据天线扫描上一圈时海浪反演区域的中心方位
Figure 862008DEST_PATH_IMAGE001
和中心方位
Figure 368075DEST_PATH_IMAGE001
对应的权重
Figure 866184DEST_PATH_IMAGE002
，以及天线扫描当前圈时海浪反演区域的参考方位
Figure 607744DEST_PATH_IMAGE003
和参考方位
Figure 507698DEST_PATH_IMAGE003
对应的权重
Figure 512563DEST_PATH_IMAGE004
，确定天线扫描当前圈时海浪反演区域的中心方位
Figure 684918DEST_PATH_IMAGE005
，其中，i表示天线扫描的圈数。
可以理解的是，海浪的方向是一直在发生变化的，如果在反演时将反演区域的中心方向一直固定不变，海浪方向变化会使海浪回波图像不够清晰，反演的海浪谱相对更加分散。本发明所述方法根据船载雷达测量数据，动态的选择海浪反演区域，可以获得更加清晰的海浪反演图像，使后续反演的海浪谱更加集中。
如图2所示，假设海浪的来向为60°，天线扫描一圈后，从60°海浪的来向方向和240°海浪的去向方向海浪回波的波动情况最好，远离60°或者240°的海浪回波的波动性越差，可将海浪反演区域的中心方位选择为海浪的来向方向。海浪反演区域的初始中心方位可以设置为一个固定方位，随后中心方位的计算可通过
Figure 915655DEST_PATH_IMAGE005
来计算。通过加权处理，海浪反演区域的方位随着浪向的变化而动态变化，可以减弱浪向异常值的影响，获得更加清晰的海浪回波图像。另外，由于雷达在安装过程中存在一定的盲区，该盲区是可知的，盲区内没有海浪的回波信息，故反演区域需要避开该盲区。
一种可选的实施方式，所述根据天线扫描上一圈时海浪反演区域的中心方位
Figure 981700DEST_PATH_IMAGE001
和中心方位
Figure 642619DEST_PATH_IMAGE001
对应的权重
Figure 302271DEST_PATH_IMAGE002
，以及天线扫描当前圈时海浪反演区域的参考方位
Figure 323317DEST_PATH_IMAGE003
和参考方位
Figure 260180DEST_PATH_IMAGE003
对应的权重
Figure 75689DEST_PATH_IMAGE004
，确定天线扫描当前圈时海浪反演区域的中心方位
Figure 222637DEST_PATH_IMAGE005
，包括：
将天线扫描第一圈时海浪反演区域的参考方位
Figure 798105DEST_PATH_IMAGE006
作为天线扫描第一圈时海浪反演区域的中心方位
Figure 838743DEST_PATH_IMAGE007
；
根据所述天线扫描第一圈时海浪反演区域的中心方位
Figure 838535DEST_PATH_IMAGE007
和中心方位
Figure 207200DEST_PATH_IMAGE007
对应的权重
Figure 570048DEST_PATH_IMAGE008
，以及天线扫描第二圈时海浪反演区域的参考方位
Figure 481503DEST_PATH_IMAGE009
和参考方位
Figure 904394DEST_PATH_IMAGE009
对应的权重
Figure 760355DEST_PATH_IMAGE010
，确定天线扫描第二圈时海浪反演区域的中心方位
Figure 677626DEST_PATH_IMAGE011
，其中，
Figure 692856DEST_PATH_IMAGE012
；
根据所述天线扫描第二圈时海浪反演区域的中心方位
Figure 37381DEST_PATH_IMAGE011
和中心方位
Figure 115058DEST_PATH_IMAGE011
对应的权重
Figure 882026DEST_PATH_IMAGE013
，以及天线扫描第三圈时海浪反演区域的参考方位
Figure 437247DEST_PATH_IMAGE014
和参考方位
Figure 139624DEST_PATH_IMAGE014
对应的权重
Figure 32494DEST_PATH_IMAGE015
，确定所述天线扫描第三圈时海浪反演区域的中心方位
Figure 353885DEST_PATH_IMAGE016
，其中，
Figure 15810DEST_PATH_IMAGE017
；
依次类推，直至确定天线扫描当前圈时海浪反演区域的中心方位
Figure 889089DEST_PATH_IMAGE018
。
一种可选的实施方式，天线扫描上一圈时反演区域的中心方位对应的权重与天线扫描当前圈时反演区域的中心方位对应的权重相同，天线扫描上一圈时反演区域的参考方位对应的权重与天线扫描当前圈时反演区域的参考方位对应的权重相同。
可以理解的是，天线在扫描过程中，每一圈反演区域的中心方位都是在动态变化的，可以通过上一圈的中心方位和当前圈的参考方位进行加权处理。而在加权处理时，加权系数可根据需求进行设定选取。例如，
Figure 613462DEST_PATH_IMAGE041
，
Figure 410648DEST_PATH_IMAGE042
。
一种可选的实施方式，所述系统还包括：
获取第1帧雷达图像，将所述第1帧雷达图像从极坐标系转换至笛卡尔坐标系，获得笛卡尔坐标系下第1帧雷达图像的海浪反演图像；
其中，所述获取第1帧雷达图像，将所述第1帧雷达图像从极坐标系转换至笛卡尔坐标系，获得笛卡尔坐标系下第1帧雷达图像的海浪反演图像，包括：
根据初始时刻的海浪反演区域的起始距离、结束距离、中心方位和区域大小，确定海浪反演区域矩形框的大小和中心点；
根据当前时刻的海浪反演区域的起始距离、结束距离、中心方位和区域大小，确定海浪反演区域矩形框的大小和动态变化的中心点；
对所述第1帧雷达图像，在极坐标系下，所述第1帧雷达图像其中一点距离雷达图像中心的距离为r，距离正北方向的角度为
Figure 458238DEST_PATH_IMAGE019
，雷达信号回波强度为z，该点在笛卡尔坐标系下的坐标为：
Figure 578117DEST_PATH_IMAGE020
Figure 242316DEST_PATH_IMAGE021
Figure 843193DEST_PATH_IMAGE022
通过最近点插值方法将坐标变换后的雷达信号回波强度z赋值至海浪反演区域相应的坐标位置处，获得笛卡尔坐标系下第1帧雷达图像的海浪反演图像。
一种可选的实施方式，所述本船航速和航向通过GPS信息获取，
所述本船航速和航向通过GPS信息获取，所述反演区域坐标修正模块包括：
在笛卡尔坐标系下，从第2帧雷达图像开始，根据上一帧雷达图像的海浪反演区域中心点的位置
Figure 745290DEST_PATH_IMAGE023
以及上一帧对应时刻的本船航速
Figure 960370DEST_PATH_IMAGE024
和航向
Figure 65861DEST_PATH_IMAGE025
，确定当前帧雷达图像的海浪反演区域中心点的位置
Figure 250854DEST_PATH_IMAGE026
，其中，
Figure 758190DEST_PATH_IMAGE027
，
Figure 409752DEST_PATH_IMAGE028
；
确定每一帧雷达图像的海浪反演区域中心点的位置，根据所述每一帧雷达图像的海浪反演区域中心点的位置和所述每一帧雷达图像的海浪反演区域矩形框的大小，实现所述每一帧雷达图像的海浪反演区域的笛卡尔坐标修正。
如前述所述，如果雷达不运动，则每一帧的海浪反演区域都是相同的，但是对于船载雷达而言，由于船的运动会导致每一帧的海浪反演区域都发生变化。本发明所述方法在雷达图像坐标转换时进行海浪反演区域的修正处理，去除船运动带来的影响。利用GPS信息获取本船的航速和航向后对每一帧的海浪反演区域进行修正，保证多帧海浪反演区域指向相同的实际地理位置，可以对同一地理位置的区域进行反演，保证了反演图像的一致性。
一种可选的实施方式，所述在笛卡尔坐标系下，从第2帧雷达图像开始，根据上一帧雷达图像的海浪反演区域中心点的位置
Figure 986226DEST_PATH_IMAGE023
以及上一帧对应时刻的本船航速
Figure 988293DEST_PATH_IMAGE024
和航向
Figure 271507DEST_PATH_IMAGE025
，确定当前帧雷达图像的海浪反演区域中心点的位置
Figure 890707DEST_PATH_IMAGE026
，包括：
根据所述第1帧雷达图像的海浪反演区域中心点的位置
Figure 767527DEST_PATH_IMAGE029
以及第1帧对应时刻的本船航速
Figure 763165DEST_PATH_IMAGE030
和航向
Figure 166465DEST_PATH_IMAGE031
，确定第2帧雷达图像的海浪反演区域中心点的位置
Figure 707298DEST_PATH_IMAGE032
，其中，
Figure 55103DEST_PATH_IMAGE033
，
Figure 605164DEST_PATH_IMAGE034
；
根据所述第2帧雷达图像的海浪反演区域中心点的位置
Figure 190866DEST_PATH_IMAGE032
，以及第2帧对应时刻的本船航速
Figure 89552DEST_PATH_IMAGE035
和航向
Figure 141297DEST_PATH_IMAGE036
，确定第3帧雷达图像的海浪反演区域中心点的位置
Figure 275476DEST_PATH_IMAGE037
，其中，
Figure 387788DEST_PATH_IMAGE038
，
Figure 270424DEST_PATH_IMAGE039
；
依次类推，直至确定当前帧雷达图像的海浪反演区域中心点的位置
Figure 61663DEST_PATH_IMAGE026
。
一种可选的实施方式，所述系统还包括：获取多帧雷达图像，将所述多帧雷达图像从极坐标系转换至笛卡尔坐标系，获得笛卡尔坐标系下多帧雷达图像的海浪反演图像；
其中，所述获取多帧雷达图像，将所述多帧雷达图像从极坐标系转换至笛卡尔坐标系，获得笛卡尔坐标系下多帧雷达图像的海浪反演图像，包括：
对所述多帧雷达图像，在极坐标系下，每一帧雷达图像其中一点距离雷达图像中心的距离为r，距离正北方向的角度为
Figure 484685DEST_PATH_IMAGE040
，雷达信号回波强度为z，该点在笛卡尔坐标系下的坐标为
Figure 717083DEST_PATH_IMAGE020
Figure 285468DEST_PATH_IMAGE021
Figure 845893DEST_PATH_IMAGE022
确定每一帧雷达图像的海浪反演区域中心点，根据每一帧雷达图像的海浪反演区域矩形框的大小和中心点，确定所述每一帧雷达图像的海浪反演区域中每一点的坐标；
通过最近点插值方法将坐标变换后的雷达信号回波强度z赋值至相应的坐标位置处，获得笛卡尔坐标系下多帧雷达图像的海浪反演图像。
相关技术中，航海雷达图像是在极坐标下进行成像的，直接对雷达图像中选取的扇形区域进行傅里叶变换，将会使得后续反演算法处理起来非常麻烦。将极坐标图像转换至笛卡尔坐标系下，可以简化后续的处理。如图3所示，一帧雷达图像中，若雷达图像中的某一点距离雷达图像中心的距离为r，距离船首的角度为
Figure 525136DEST_PATH_IMAGE057
，雷达信号回波强度为z，转换到笛卡尔坐标下，则有：
Figure 612041DEST_PATH_IMAGE020
Figure 99130DEST_PATH_IMAGE021
Figure 396119DEST_PATH_IMAGE022
再以最近点插值的方法将变换后区域内的雷达回波强度值赋值到期望的坐标位置处，即可获得笛卡尔坐标系下的雷达图像的海浪反演图像，再进行后续的海浪参数反演的工作。上述是一帧雷达图像的处理，实际处理过程中需要多帧雷达图像的数据。例如如图4所示，反演过程中包括第一帧雷达图像0、第二帧雷达图像1、第三帧雷达图像2、……、第N+1帧雷达图像N，因此需要对每一帧雷达图像都进行极坐标系至笛卡尔坐标系的转换。坐标的修正还可以理解为原点（雷达图像的海浪反演区域中心点）的修正，因为在保证海浪反演区域不变的情况下，船的运动就意味着坐标系的原点在移动，而当前帧原点的位置可以根据上一帧原点的位置和上一帧船运动的航速和航向计算得到。
如图5所示，根据GPS获取本船运动的航速和航向，第1帧对应时刻的本船航速和航向为
Figure 364206DEST_PATH_IMAGE044
和
Figure 571196DEST_PATH_IMAGE045
，第1帧雷达图像的海浪反演区域中心点在笛卡尔坐标系下的坐标为
Figure 481384DEST_PATH_IMAGE046
，则第2帧雷达图像的海浪反演区域的中心点的坐标为
Figure 16401DEST_PATH_IMAGE047
，
Figure 709551DEST_PATH_IMAGE048
；
根据GPS获取本船运动的航速和航向，第2帧对应时刻的本船航速和航向为
Figure 833365DEST_PATH_IMAGE049
和
Figure 665186DEST_PATH_IMAGE050
，则第3帧雷达图像的海浪反演区域的中心点的坐标为
Figure 936767DEST_PATH_IMAGE051
，
Figure 433607DEST_PATH_IMAGE052
；
根据GPS获取本船运动的航速和航向，第i-1帧当前时刻的本船航速和航向为
Figure 261247DEST_PATH_IMAGE053
和
Figure 44395DEST_PATH_IMAGE054
，则第i帧雷达图像的海浪反演区域的中心点坐标为
Figure 491688DEST_PATH_IMAGE055
，
Figure 792220DEST_PATH_IMAGE056
。
通过每一帧雷达图像的海浪反演区域中心点坐标的修正可以保证选择的各帧雷达图像的海浪反演区域在实际地理位置上保持不变，可以对同一地理位置的区域进行反演，保证了反演图像的一致性，从而能够更精确地反演海浪谱及计算海浪信息。
本公开还涉及一种电子设备，包括服务器、终端等。该电子设备包括：至少一个处理器；与至少一个处理器通信连接的存储器；以及与存储介质通信连接的通信组件，所述通信组件在处理器的控制下接收和发送数据；其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行以实现上述实施例中的方法。
在一种可选的实施方式中，存储器作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块。处理器通过运行存储在存储器中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行设备的各种功能应用以及数据处理，即实现方法。
存储器可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储选项列表等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，存储器可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至外接设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
一个或者多个模块存储在存储器中，当被一个或者多个处理器执行时，执行上述任意方法实施例中的方法。
上述产品可执行本申请实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果，未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本申请实施例所提供的方法。
本公开还涉及一种计算机可读存储介质，用于存储计算机可读程序，所述计算机可读程序用于供计算机执行上述部分或全部的方法实施例。
即，本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备（可以是单片机，芯片等）或处理器（processor）执行本申请各实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-OnlyMemory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
此外，本领域普通技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
本领域技术人员应理解，尽管已经参考示例性实施例描述了本发明，但是在不脱离本发明的范围的情况下，可进行各种改变并可用等同物替换其元件。另外，在不脱离本发明的实质范围的情况下，可进行许多修改以使特定情况或材料适应本发明的教导。因此，本发明不限于所公开的特定实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种船载X波段雷达海浪反演区域处理方法，其特征在于，所述方法包括：
根据获取的海浪方向信息，确定海浪反演区域的中心方位，并将以所述中心方位和预设中心距离为中心的矩形框作为第1帧雷达图像的海浪反演区域；
根据获取的本船航速和航向，对笛卡尔坐标系下多帧雷达图像的海浪反演区域进行修正，以使在船舶运动过程中各帧雷达图像的海浪反演区域在实际地理位置上保持不变。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述海浪方向信息通过谱分析法处理获取，
所述根据获取的海浪方向信息，确定海浪反演区域的中心方位，包括：
将谱分析法处理得到的海浪方向信息作为天线扫描当前圈时海浪反演区域的参考方位；
根据天线扫描上一圈时海浪反演区域的中心方位
Figure 62104DEST_PATH_IMAGE001
和中心方位
Figure 484995DEST_PATH_IMAGE001
对应的权重
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，以及天线扫描当前圈时海浪反演区域的参考方位
Figure 419584DEST_PATH_IMAGE003
和参考方位
Figure 586123DEST_PATH_IMAGE003
对应的权重
Figure DEST_PATH_IMAGE004
，确定天线扫描当前圈时海浪反演区域的中心方位
Figure DEST_PATH_IMAGE005
，其中，i表示天线扫描的圈数。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述根据天线扫描上一圈时海浪反演区域的中心方位
Figure 617664DEST_PATH_IMAGE001
和中心方位
Figure 224839DEST_PATH_IMAGE001
对应的权重
Figure 630412DEST_PATH_IMAGE002
，以及天线扫描当前圈时海浪反演区域的参考方位
Figure 413692DEST_PATH_IMAGE003
和参考方位
Figure 221111DEST_PATH_IMAGE003
对应的权重
Figure 923487DEST_PATH_IMAGE004
，确定天线扫描当前圈时海浪反演区域的中心方位
Figure 567089DEST_PATH_IMAGE005
，包括：
将天线扫描第一圈时海浪反演区域的参考方位
Figure DEST_PATH_IMAGE006
作为天线扫描第一圈时海浪反演区域的中心方位
Figure DEST_PATH_IMAGE007
；
根据所述天线扫描第一圈时海浪反演区域的中心方位
Figure 747535DEST_PATH_IMAGE007
和中心方位
Figure 347144DEST_PATH_IMAGE007
对应的权重
Figure DEST_PATH_IMAGE008
，以及天线扫描第二圈时海浪反演区域的参考方位
Figure DEST_PATH_IMAGE009
和参考方位
Figure 437066DEST_PATH_IMAGE009
对应的权重
Figure 82811DEST_PATH_IMAGE010
，确定天线扫描第二圈时海浪反演区域的中心方位
Figure DEST_PATH_IMAGE011
，其中，
Figure 207893DEST_PATH_IMAGE012
；
根据所述天线扫描第二圈时海浪反演区域的中心方位
Figure 927587DEST_PATH_IMAGE011
和中心方位
Figure 784816DEST_PATH_IMAGE011
对应的权重
Figure DEST_PATH_IMAGE013
，以及天线扫描第三圈时海浪反演区域的参考方位
Figure 259135DEST_PATH_IMAGE014
和参考方位
Figure 374859DEST_PATH_IMAGE014
对应的权重
Figure DEST_PATH_IMAGE015
，确定所述天线扫描第三圈时海浪反演区域的中心方位
Figure 496530DEST_PATH_IMAGE016
，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE017
；
依次类推，直至确定天线扫描当前圈时海浪反演区域的中心方位
Figure 649293DEST_PATH_IMAGE018
。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括：
获取第1帧雷达图像，将所述第1帧雷达图像从极坐标系转换至笛卡尔坐标系，获得笛卡尔坐标系下第1帧雷达图像的海浪反演图像；
其中，所述获取第1帧雷达图像，将所述第1帧雷达图像从极坐标系转换至笛卡尔坐标系，获得笛卡尔坐标系下第1帧雷达图像的海浪反演图像，包括：
根据初始时刻的海浪反演区域的起始距离、结束距离、中心方位和区域大小，确定海浪反演区域矩形框的大小和中心点；
根据当前时刻的海浪反演区域的起始距离、结束距离、中心方位和区域大小，确定海浪反演区域矩形框的大小和动态变化的中心点；
对所述第1帧雷达图像，在极坐标系下，所述第1帧雷达图像其中一点距离雷达图像中心的距离为r，距离正北方向的角度为
Figure DEST_PATH_IMAGE019
，雷达信号回波强度为z，该点在笛卡尔坐标系下的坐标为：
Figure 551521DEST_PATH_IMAGE020
Figure DEST_PATH_IMAGE021
Figure 562946DEST_PATH_IMAGE022
通过最近点插值方法将坐标变换后的雷达信号回波强度z赋值至海浪反演区域相应的坐标位置处，获得笛卡尔坐标系下第1帧雷达图像的海浪反演图像。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述本船航速和航向通过GPS信息获取，
所述根据获取的本船航速和航向，对笛卡尔坐标系下多帧雷达图像的海浪反演区域进行修正，包括：
在笛卡尔坐标系下，从第2帧雷达图像开始，根据上一帧雷达图像的海浪反演区域中心点的位置
Figure DEST_PATH_IMAGE023
以及上一帧对应时刻的本船航速
Figure 929337DEST_PATH_IMAGE024
和航向
Figure DEST_PATH_IMAGE025
，确定当前帧雷达图像的海浪反演区域中心点的位置
Figure 695797DEST_PATH_IMAGE026
，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE027
，
Figure 350900DEST_PATH_IMAGE028
；
确定每一帧雷达图像的海浪反演区域中心点的位置，根据所述每一帧雷达图像的海浪反演区域中心点的位置和所述每一帧雷达图像的海浪反演区域矩形框的大小，实现所述每一帧雷达图像的海浪反演区域的笛卡尔坐标修正。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述在笛卡尔坐标系下，从第2帧雷达图像开始，根据上一帧雷达图像的海浪反演区域中心点的位置
Figure 605164DEST_PATH_IMAGE023
以及上一帧对应时刻的本船航速
Figure 967006DEST_PATH_IMAGE024
和航向
Figure 851786DEST_PATH_IMAGE025
，确定当前帧雷达图像的海浪反演区域中心点的位置
Figure 853240DEST_PATH_IMAGE026
，包括：
根据所述第1帧雷达图像的海浪反演区域中心点的位置
Figure DEST_PATH_IMAGE029
以及第1帧对应时刻的本船航速
Figure 458664DEST_PATH_IMAGE030
和航向
Figure DEST_PATH_IMAGE031
，确定第2帧雷达图像的海浪反演区域中心点的位置
Figure 468821DEST_PATH_IMAGE032
，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE033
，
Figure 275234DEST_PATH_IMAGE034
；
根据所述第2帧雷达图像的海浪反演区域中心点的位置
Figure 826301DEST_PATH_IMAGE032
，以及第2帧对应时刻的本船航速
Figure DEST_PATH_IMAGE035
和航向
Figure 235417DEST_PATH_IMAGE036
，确定第3帧雷达图像的海浪反演区域中心点的位置
Figure DEST_PATH_IMAGE037
，其中，
Figure 40693DEST_PATH_IMAGE038
，
Figure DEST_PATH_IMAGE039
；
依次类推，直至确定当前帧雷达图像的海浪反演区域中心点的位置
Figure 77395DEST_PATH_IMAGE026
。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括：获取多帧雷达图像，将所述多帧雷达图像从极坐标系转换至笛卡尔坐标系，获得笛卡尔坐标系下多帧雷达图像的海浪反演图像；
其中，所述获取多帧雷达图像，将所述多帧雷达图像从极坐标系转换至笛卡尔坐标系，获得笛卡尔坐标系下多帧雷达图像的海浪反演图像，包括：
对所述多帧雷达图像，在极坐标系下，每一帧雷达图像其中一点距离雷达图像中心的距离为r，距离正北方向的角度为
Figure 912496DEST_PATH_IMAGE040
，雷达信号回波强度为z，该点在笛卡尔坐标系下的坐标为
Figure 669DEST_PATH_IMAGE020
Figure 378560DEST_PATH_IMAGE021
Figure 510464DEST_PATH_IMAGE022
确定每一帧雷达图像的海浪反演区域中心点，根据每一帧雷达图像的海浪反演区域矩形框的大小和中心点，确定所述每一帧雷达图像的海浪反演区域中每一点的坐标；
通过最近点插值方法将坐标变换后的雷达信号回波强度z赋值至相应的坐标位置处，获得笛卡尔坐标系下多帧雷达图像的海浪反演图像。
8.一种船载X波段雷达海浪反演区域处理系统，其特征在于，所述系统包括：
反演区域方位确定模块，用于根据获取的海浪方向信息，确定反演区域的中心方位，并将以所述中心方位和预设中心距离为中心选取的矩形框区域作为第1帧雷达图像的海浪反演区域；
反演区域坐标修正模块，用于根据获取的本船航速和航向，对笛卡尔坐标系下多帧雷达图像的海浪反演区域进行修正，以使在船舶运动过程中各帧雷达图像的海浪反演区域在实际地理位置上保持不变。
9.一种电子设备，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器用于存储一条或多条计算机指令，其中，所述一条或多条计算机指令被处理器执行以实现如权利要求1-7中任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行以实现如权利要求1-7中任一项所述的方法。
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