CN115902791A - 基于s波段测波雷达时间多普勒谱的海浪反演方法及系统 - Google Patents

基于s波段测波雷达时间多普勒谱的海浪反演方法及系统 Download PDF

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CN115902791A
CN115902791A CN202211318094.8A CN202211318094A CN115902791A CN 115902791 A CN115902791 A CN 115902791A CN 202211318094 A CN202211318094 A CN 202211318094A CN 115902791 A CN115902791 A CN 115902791A
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赵晨
王晓
陈泽宗
吴思滔
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Wuhan University WHU
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Wuhan University WHU
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Abstract

本发明提供一种基于S波段测波雷达时间多普勒谱的海浪反演方法及系统，包括针对单个多普勒谱比较估计出单个多普勒谱中海洋回波信号的左带宽边界频率以及右带宽边界频率，得到单个多普勒谱的带宽频率；计算整个时间多普勒谱的平均带宽频率；添加约束因子得到修正后的平均带宽频率；根据修正后的平均带宽频率重新确定带宽边界频率；依据谱矩法得到单个多普勒谱频移，得到速度时间序列，消除其它速度分量影响；根据固定距离元的速度时间序列得到雷达照射方向角上的海浪谱；融合得到完整的无向海浪谱，获得海浪反演结果。本发明仅使用时域数据进行相关处理就可以对波浪破碎的影响进行有效去除，提高了微波雷达海浪反演精度。

Description

基于S波段测波雷达时间多普勒谱的海浪反演方法及系统
技术领域
本发明属于微波雷达信号处理领域，尤其涉及利用微波雷达反演海浪方案。
背景技术
在海洋监测中，海浪参数，例如有效波高、平均波周期等，对于海洋工程、危险预测以及海洋学研究至关重要。得益于较高的时间分辨率和空间分辨率，相干微波雷达在探测海浪以及反演海浪参数方面得到了大量关注，相干体制的微波雷达的发射信号均具有确定的相位角，这使它能获得海洋表面的多普勒信息，从而得到多普勒径向速度，利用径向速度和波高谱之间的转换关系，可以推导出有效波高、平均波周期等海浪参数。
同时，较高的空时分辨率也使得相干微波雷达可以探测海洋表面细节信息，例如波浪破碎。破碎波在雷达观测的波数频率谱中表现出一些非线性特征，例如“群线”，使雷达观测的海浪谱中出现低频分量，这使得海浪参数估计不准确。为了消除波浪破碎的影响，许多研究者在反演海浪参数之前，采用高通滤波器进行去噪声和去非线性特征处理，也有一些研究者依据线性波浪理论，在分析了波数频率谱中各种频率分量影响的基础上，设计出了各种各样的滤波器，还有一些研究者针对雷达观测的速度空时序列进行分解与重构，在这个过程中通过特征分析方法去除非海浪成分，利用重构的速度来进行海浪反演。
现有技术中，最接近的专利文献如下：
一种S波段多普勒雷达破碎波干扰抑制的方法和装置(CN105487056A)利用经验模态分解方法将破碎波干扰的雷达回波信号分解为多个本征模态函数，根据破碎波信号相对一般海洋回波信号频率较大的特点，对所有本征模态函数中频率较高的分量去除，重构其余的本征模态函数得到破碎波处理后的信号；
一种基于新型海浪色散关系带通滤波器进行X波段导航雷达反演海浪参数方法(CN103969643B)包含雷达图像的采集、雷达图像预处理、海杂波图像谱获取、海浪信息提取和海面信息反演五个部分，通过傅里叶变换获取海杂波图像谱，并使用新型的带通滤波器将海浪能量从海杂波图像谱中提取出来。
上述方法均集中在空时域进行处理，需要大量的空时数据。然而，当空间或者时间观测缺失时(例如遮挡、海底地形变化大)，这些方法都将失效。
发明内容
本发明针对上述空时域处理方法的弊端，从“群线”产生的机制入手，通过分析波浪破碎对多普勒谱的影响，提出了一种利用时间多普勒谱消除破碎影响的海浪反演方法，该方法仅利用了时域数据。
本发明的技术方案为一种基于S波段测波雷达时间多普勒谱的海浪反演方法，包括以下步骤，
步骤1，在每个雷达照射方位角上，固定距离元，固定时间点，得到单个回波多普勒谱，针对单个多普勒谱设定相应阈值，通过阈值比较估计出单个多普勒谱中海洋回波信号的左带宽边界频率以及右带宽边界频率，进而得到单个多普勒谱的带宽频率；
步骤2，在每个雷达照射方位角上，固定距离元，得到时间多普勒谱，根据时间多普勒谱中单个多普勒谱的带宽频率计算整个时间多普勒谱的平均带宽频率；
步骤3，波浪破碎会使多普勒谱展宽，对固定距离元的时间多普勒谱的平均带宽频率添加一个约束因子得到修正后的平均带宽频率；
步骤4，判断单个多普勒谱的展宽情况，若向右展宽，则根据左带宽边界频率与修正后的平均带宽频率重新确定右带宽边界频率，若向左展宽，则根据右带宽边界频率与修正后的平均带宽频率重新确定左带宽边界频率，重新确定的带宽边界频率内不包括波浪破碎导致的展宽部分；
步骤5，在重新确定的带宽边界频率内依据谱矩法得到单个多普勒谱的频移，进而得到固定距离元、固定时间点雷达照射方位角上的速度，对于固定距离元的时间多普勒谱，得到速度时间序列，消除其它速度分量的影响，进行去趋势项处理；
步骤6，基于相干微波雷达的线性波浪理论，根据固定距离元的速度时间序列得到雷达照射方向角上的海浪谱；
步骤7，将每个雷达照射方向角上的海浪谱进行融合得到完整的无向海浪谱，通过无向海浪谱求得海浪参数，获得海浪反演结果。
而且，步骤1中，设
Figure BDA0003909282860000021
表示第n个雷达照射方位角，雷达照射方位角上固定距离元、固定时间点的单个回波多普勒谱定义为
Figure BDA0003909282860000022
其中r0表示固定距离元与雷达的径向距离，ti表示固定时间点，f表示由海浪相对雷达运动产生的多普勒频率；
单个多普勒谱的阈值定义为κ，计算公式为，
Figure BDA0003909282860000023
其中Anoise表示单个多普勒谱中噪声基底的平均幅值，max()表示取最大值；
单个多普勒谱中海洋回波信号的左带宽边界频率定义为
Figure BDA0003909282860000024
其确定方法为，首先确定单个多普勒谱的最大幅值，从最大幅值处开始向左遍历，若连续一段的幅值小于等于(κ+Anoise)，则将该段最左边的幅值对应的多普勒频率确定为该单个多普勒谱的左带宽边界频率；
单个多普勒谱中海洋回波信号的右带宽边界频率定义为
Figure BDA0003909282860000031
其确定方法为，首先确定单个多普勒谱的最大幅值，从最大幅值处开始向右遍历，若连续一段的幅值小于等于(κ+Anoise)，则将该段最右边的幅值对应的多普勒频率确定为该单个多普勒谱的右带宽边界频率；
单个多普勒谱的带宽频率
Figure BDA0003909282860000032
的计算方式为
Figure BDA0003909282860000033
而且，步骤2中，所述的整个时间多普勒谱的平均带宽频率表示为ABW，其计算方式为，
Figure BDA0003909282860000034
其中，P为时间序列点数。
而且，步骤3中，用于修正时间多普勒谱平均带宽频率的约束因子定义为β，并且有0<β≤1；
修正后的时间多普勒谱平均带宽频率定义为MABW，其计算方式为，
MABW＝βABW。
而且，步骤4中，单个多普勒谱重新确定的左带宽边界频率定义为
Figure BDA0003909282860000035
针对单个多普勒谱，重新确定的左带宽边界频率
Figure BDA0003909282860000036
的计算方式如下，
Figure BDA0003909282860000037
步骤4中，单个多普勒谱重新确定的右带宽边界频率定义为
Figure BDA0003909282860000038
针对单个多普勒谱，重新确定的右带宽边界频率
Figure BDA0003909282860000039
的计算方式如下，
Figure BDA00039092828600000310
而且，步骤5中，单个多普勒谱的频移定义为
Figure BDA00039092828600000311
在重新确定的带宽边界频率内依据谱矩法求取
Figure BDA00039092828600000312
其计算方式为，
Figure BDA00039092828600000313
固定距离元、固定时间点雷达照射方位角上的速度
Figure BDA00039092828600000314
由多普勒效应得出，即，
Figure BDA0003909282860000041
其中，λ0表示电磁波波长；
对于固定距离元的时间多普勒谱
Figure BDA0003909282860000042
对应得到速度时间序列，将速度时间序列定义为
Figure BDA0003909282860000043
对速度时间序列的去趋势项处理如下，
Figure BDA0003909282860000044
其中，mean()为取平均值，
Figure BDA0003909282860000045
为处理后的速度时间序列。
而且，步骤6中，雷达照射方位角上固定距离元的海浪谱定义为
Figure BDA0003909282860000046
其中，fwave表示海浪频率，与时间序列t有关，依据相干微波雷达的线性波浪理论，雷达照射方位角上固定距离元的速度时间序列与固定距离元的海浪谱之间的转换关系为，
Figure BDA0003909282860000047
其中，FFT表示快速傅里叶变换，转换函数TF的表示如下，
Figure BDA0003909282860000048
上式中，k表示海浪波数，d表示固定距离元处的水深，ω表示海浪角频率，Δfwave表示海浪频率分辨率，θ表示天线入射角。
而且，步骤7中，固定距离元的完整无向海浪谱定义为S(r0,fwave)，计算如下，
Figure BDA0003909282860000049
步骤7所述的有效波高与平均波周期两种海浪参数分别定义为Hs、Tav，通过完整的无向海浪谱S(r0,fwave)得到，计算如下，
Figure BDA00039092828600000410
Figure BDA00039092828600000411
Figure BDA00039092828600000412
另一方面，本发明还提供一种基于S波段测波雷达时间多普勒谱的海浪反演系统，用于实现如上所述的一种基于S波段测波雷达时间多普勒谱的海浪反演方法。
而且，包括处理器和存储器，存储器用于存储程序指令，处理器用于调用存储器中的存储指令执行如上所述的一种基于S波段测波雷达时间多普勒谱的海浪反演方法。
本发明相对于现有技术的改进和效果如下：
本发明所述的基于S波段测波雷达时间多普勒谱的海浪反演方法从雷达观测的时间多普勒谱入手，相较于空时域处理方法，其优势在于仅利用了时域数据，数据量小，解决了因遮挡、海底地形变化大等导致空间域或者时间域数据缺失的问题，该方法应用灵活，能够适应复杂多变的海洋环境，具有巨大的研究和应用价值。
附图说明
图1为本发明实施例方法总体流程图。
图2为本发明实施例某个雷达照射方位角上固定距离元的时间多普勒谱示意图，其中白色点线表示依据步骤1所述确定的海洋回波的左、右带宽边界频率，白色实线表示依据步骤4所述确定的修正后的左、右带宽边界频率。
图3为本发明实施例某个雷达照射方位角上固定距离元的速度时间序列对比图。
图4为本发明实施例某个雷达照射方位角上固定距离元的海浪谱对比示意图，其中Tav_W、Tav_P、Tav_Buoy分别表示未经处理的、时域处理后的以及浮标观测的平均波周期。
具体实施方式
为了更加清楚地阐述本发明的目的、技术方案和显著效果，下面结合附图和具体实施示例进行详细阐述。应当理解本发明的具体实施方式不限于这里的示例描述。
如附图1所示，本发明实施例提供的一种基于S波段测波雷达时间多普勒谱的海浪反演方法，包括具体步骤如下：
步骤1：在每个雷达照射方位角上，固定距离元，固定时间点，得到单个回波多普勒谱(简称单个多普勒谱)，针对单个多普勒谱，计算出一个阈值，通过阈值比较估计出单个多普勒谱中海洋回波信号的左带宽边界频率以及右带宽边界频率，进而得到单个多普勒谱的带宽频率；
步骤1所述的每个雷达照射方位角定义为：
Figure BDA0003909282860000051
其中，
Figure BDA0003909282860000052
表示第n个雷达照射方位角，n为整数，N表示雷达照射方位角的个数；
步骤1所述的雷达照射方位角上固定距离元、固定时间点的单个回波多普勒谱定义为
Figure BDA0003909282860000053
其中r0表示固定距离元与雷达的径向距离，为一常量，ti表示固定时间点，为一常量，f表示由海浪相对雷达运动产生的多普勒频率；
步骤1所述的单个多普勒谱的阈值定义为κ，其计算公式为：
Figure BDA0003909282860000054
其中Anoise表示单个多普勒谱中噪声基底的平均幅值，max()表示取最大值；
步骤1所述的单个多普勒谱中海洋回波信号的左带宽边界频率定义为
Figure BDA0003909282860000055
其确定方法为：首先确定单个多普勒谱的最大幅值，从最大幅值处开始向左遍历，若连续一段的幅值小于等于(κ+Anoise)，则将该段最左边的幅值对应的多普勒频率确定为该单个多普勒谱的左带宽边界频率；
步骤1所述的单个多普勒谱中海洋回波信号的右带宽边界频率定义为
Figure BDA00039092828600000610
其确定方法为：首先确定单个多普勒谱的最大幅值，从最大幅值处开始向右遍历，若连续一段的幅值小于等于(κ+Anoise)，则将该段最右边的幅值对应的多普勒频率确定为该单个多普勒谱的右带宽边界频率；
步骤1所述的单个多普勒谱的带宽频率
Figure BDA0003909282860000061
的计算方式如下：
Figure BDA0003909282860000062
步骤2：在每个雷达照射方位角上，固定距离元，得到时间多普勒谱，根据时间多普勒谱中单个多普勒谱的带宽频率计算整个时间多普勒谱的平均带宽频率；
步骤2所述的雷达照射方位角上固定距离元的时间多普勒谱定义为
Figure BDA0003909282860000063
其中r0表示固定距离元与雷达的径向距离，为一常量，t表示时间序列，f表示由海浪相对雷达运动产生的多普勒频率，
Figure BDA0003909282860000064
表示第n个雷达照射方位角，为一常量；
步骤2所述的整个时间多普勒谱的平均带宽频率表示为ABW，其计算方式为：
Figure BDA0003909282860000065
其中，P为时间序列点数，i为时间序列点的标记，i＝1,2,…,P。
步骤3：波浪破碎会使多普勒谱展宽，对固定距离元的时间多普勒谱的平均带宽频率添加一个约束因子得到修正后的平均带宽频率，约束因子应介于0～1之间；
步骤3所述的用于修正时间多普勒谱平均带宽频率的约束因子定义为β，并且有0<β≤1；
步骤3所述的修正后的时间多普勒谱平均带宽频率定义为MABW，其计算方式为：
MABW＝βABW
步骤4：判断单个多普勒谱的展宽情况，若其向右展宽，则根据左带宽边界频率与修正后的平均带宽频率重新确定右带宽边界频率，若其向左展宽，则根据右带宽边界频率与修正后的平均带宽频率重新确定左带宽边界频率，重新确定的带宽边界频率内不包括波浪破碎导致的展宽部分，可以认为已经消除了破碎的影响；
步骤4所述的单个多普勒谱重新确定的左带宽边界频率定义为
Figure BDA0003909282860000066
针对单个多普勒谱，重新确定的左带宽边界频率
Figure BDA0003909282860000067
的计算方式如下：
Figure BDA0003909282860000068
步骤4所述的单个多普勒谱重新确定的右带宽边界频率定义为
Figure BDA0003909282860000069
针对单个多普勒谱，重新确定的右带宽边界频率
Figure BDA0003909282860000071
的计算方式如下：
Figure BDA0003909282860000072
步骤5：在重新确定的带宽边界频率内依据谱矩法得到单个多普勒谱的频移，进而可以得到固定距离元、固定时间点雷达照射方位角上的速度，对于固定距离元的时间多普勒谱，可以得到速度时间序列，为了消除速度时间序列中海水流速等其它速度分量的影响，对其进行去趋势项处理；
步骤5所述的单个多普勒谱的频移定义为
Figure BDA0003909282860000073
在重新确定的带宽边界频率内依据谱矩法求取
Figure BDA0003909282860000074
其计算方式为：
Figure BDA0003909282860000075
其中，Af为多普勒频率f的微分；
步骤5所述的固定距离元、固定时间点雷达照射方位角上的速度
Figure BDA0003909282860000076
可以由多普勒效应得出，即：
Figure BDA0003909282860000077
其中，λ0表示电磁波波长；
对于固定距离元的时间多普勒谱
Figure BDA0003909282860000078
可以对应得到速度时间序列，将速度时间序列定义为
Figure BDA0003909282860000079
对速度时间序列的去趋势项处理如下：
Figure BDA00039092828600000710
其中，mean()为取平均值，
Figure BDA00039092828600000711
为处理后的速度时间序列。
步骤6：基于相干微波雷达的线性波浪理论，根据固定距离元的速度时间序列可以得到雷达照射方向角上的海浪谱；
步骤6所述的雷达照射方位角上固定距离元的海浪谱定义为
Figure BDA00039092828600000712
其中，fwave表示海浪频率，与时间序列t有关，依据相干微波雷达的线性波浪理论，雷达照射方位角上固定距离元的速度时间序列与固定距离元的海浪谱之间的转换关系为：
Figure BDA00039092828600000713
其中，FFT表示快速傅里叶变换，转换函数TF的表示如下：
Figure BDA00039092828600000714
上式中，k表示海浪波数，d表示固定距离元处的水深，ω表示海浪角频率，Δfwave表示海浪频率分辨率，θ表示天线入射角，tanh2kd表示对tanh(kd)取平方，tanh()为双曲正切函数。
步骤7：将每个雷达照射方向角上的海浪谱进行融合得到完整的无向海浪谱，通过无向海浪谱可以求得有效波高与平均波周期等海浪参数，获得海浪反演结果；
步骤7所述的固定距离元的完整无向海浪谱定义为S(r0,fwave)，其计算如下：
Figure BDA0003909282860000081
其中，N表示雷达照射方位角的个数。
步骤7所述的有效波高与平均波周期两种海浪参数分别定义为Hs、Tav，其可通过完整的无向海浪谱S(r0,fwave)得到，计算如下：
Figure BDA0003909282860000082
Figure BDA0003909282860000083
Figure BDA0003909282860000084
其中，m0为海浪谱的零阶矩，m1为海浪谱的一阶矩，mn为海浪谱的n阶矩且n＝0,1,…，
Figure BDA0003909282860000085
为海浪频率的n次方，dfwave为海浪频率的微分。
以上方法流程的优点在于仅使用时域数据进行相关处理就可以对波浪破碎的影响进行有效去除，提高了微波雷达海浪反演精度，相比于空时域处理方法，本发明提出的方法所需数据量小，并且更易获得，此外，该方法操作简单，灵活性高，能够适应复杂多变的海洋环境，具有巨大的研究和应用价值。
作为示例，有N＝6个雷达照射方位角，选取第70个距离元，距离分辨率为7.5m，则r0＝70×7.5m＝525m，时间序列t有256个点，时间分辨率为0.526s，约束因子β设置为0.8，附图2为海况较为剧烈时刻的时间多普勒谱，是时破碎频发，导致多普勒谱向右展宽，其中白色点线表示依据步骤1所述确定的海洋回波的左、右带宽边界频率，白色实线表示依据步骤4所述确定的修正后的左、右带宽边界频率，重新确定的带宽边界频率内不包括波浪破碎导致的展宽部分，可以认为已经消除了破碎的影响。在依据步骤1所述确定的海洋回波的左、右带宽边界频率内依据谱矩法可求得未经处理的频移，在依据步骤4所述确定的海洋回波的左、右带宽边界频率内依据谱矩法可求得时域处理后的频移，S波段雷达发射的电磁波波长λ0≈0.11m，通过多普勒效应可以得到未经处理和时域处理后的速度时间序列，其去趋势项处理后的对比如附图3所示。水深d＝18m，天线高度H＝40m，故天线入射角θ＝cos-1(H/r0)，某个雷达照射方位角上固定距离元的海浪谱对比如附图4所示，可以发现，利用本发明提出的时域方法处理后，海浪谱的低频分量明显减小，反演的平均波周期也与浮标的观测值较为一致。
本发明所述的基于S波段测波雷达时间多普勒谱的海浪参数反演方法，从波浪破碎对多普勒谱的影响入手，利用雷达观测的时域数据进行相关处理，实测数据结果表明，本发明提出的方法仅利用时域数据也可以有效消除波浪破碎的影响，提高了微波雷达海浪参数的反演精度，克服了因遮挡、海底地形变化大等因素而空时域数据不一致进而空时域处理方法失效的问题，该方法使用的数据量小，操作简单，灵活性高，具有广泛的应用前景。
具体实施时，本发明技术方案提出的方法可由本领域技术人员采用计算机软件技术实现自动运行流程，实现方法的系统装置例如存储本发明技术方案相应计算机程序的计算机可读存储介质以及包括运行相应计算机程序的计算机设备，也应当在本发明的保护范围内。
在一些可能的实施例中，提供一种基于S波段测波雷达时间多普勒谱的海浪反演系统，包括处理器和存储器，存储器用于存储程序指令，处理器用于调用存储器中的存储指令执行如上所述的一种基于S波段测波雷达时间多普勒谱的海浪反演方法。
在一些可能的实施例中，提供一种基于S波段测波雷达时间多普勒谱的海浪反演系统，包括可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序执行时，实现如上所述的一种基于S波段测波雷达时间多普勒谱的海浪反演方法。
以上所述仅为本发明结合具体实施示例的详细说明，并非因此限制本发明的专利范围。对于利用本发明所述技术直接或者间接用在其他相关技术领域的，都应当作为视作本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于S波段测波雷达时间多普勒谱的海浪反演方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤1，在每个雷达照射方位角上，固定距离元，固定时间点，得到单个回波多普勒谱，针对单个多普勒谱设定相应阈值，通过阈值比较估计出单个多普勒谱中海洋回波信号的左带宽边界频率以及右带宽边界频率，进而得到单个多普勒谱的带宽频率；
步骤2，在每个雷达照射方位角上，固定距离元，得到时间多普勒谱，根据时间多普勒谱中单个多普勒谱的带宽频率计算整个时间多普勒谱的平均带宽频率；
步骤3，波浪破碎会使多普勒谱展宽，对固定距离元的时间多普勒谱的平均带宽频率添加一个约束因子得到修正后的平均带宽频率；
步骤4，判断单个多普勒谱的展宽情况，若向右展宽，则根据左带宽边界频率与修正后的平均带宽频率重新确定右带宽边界频率，若向左展宽，则根据右带宽边界频率与修正后的平均带宽频率重新确定左带宽边界频率，重新确定的带宽边界频率内不包括波浪破碎导致的展宽部分；
步骤5，在重新确定的带宽边界频率内依据谱矩法得到单个多普勒谱的频移，进而得到固定距离元、固定时间点雷达照射方位角上的速度，对于固定距离元的时间多普勒谱，得到速度时间序列，消除其它速度分量的影响，进行去趋势项处理；
步骤6，基于相干微波雷达的线性波浪理论，根据固定距离元的速度时间序列得到雷达照射方向角上的海浪谱；
步骤7，将每个雷达照射方向角上的海浪谱进行融合得到完整的无向海浪谱，通过无向海浪谱求得海浪参数，获得海浪反演结果。
2.根据权利要求1所述的一种基于S波段测波雷达时间多普勒谱的海浪反演方法，其特征在于：
步骤1中，设
Figure FDA0003909282850000011
表示第n个雷达照射方位角，雷达照射方位角上固定距离元、固定时间点的单个回波多普勒谱定义为
Figure FDA0003909282850000012
其中r0表示固定距离元与雷达的径向距离，ti表示固定时间点，表示由海浪相对雷达运动产生的多普勒频率；
单个多普勒谱的阈值定义为κ，计算公式为，
Figure FDA0003909282850000013
其中Anoise表示单个多普勒谱中噪声基底的平均幅值，max()表示取最大值；
单个多普勒谱中海洋回波信号的左带宽边界频率定义为
Figure FDA0003909282850000014
其确定方法为，首先确定单个多普勒谱的最大幅值，从最大幅值处开始向左遍历，若连续一段的幅值小于等于(κ+Anoise)，则将该段最左边的幅值对应的多普勒频率确定为该单个多普勒谱的左带宽边界频率；
单个多普勒谱中海洋回波信号的右带宽边界频率定义为
Figure FDA0003909282850000021
其确定方法为，首先确定单个多普勒谱的最大幅值，从最大幅值处开始向右遍历，若连续一段的幅值小于等于(κ+Anoise)，则将该段最右边的幅值对应的多普勒频率确定为该单个多普勒谱的右带宽边界频率；
单个多普勒谱的带宽频率
Figure FDA0003909282850000022
的计算方式为
Figure FDA0003909282850000023
3.根据权利要求2所述的一种基于S波段测波雷达时间多普勒谱的海浪反演方法，其特征在于：
步骤2中，所述的整个时间多普勒谱的平均带宽频率表示为ABW，其计算方式为，
Figure FDA0003909282850000024
其中，P为时间序列点数。
4.根据权利要求3所述的一种基于S波段测波雷达时间多普勒谱的海浪反演方法，其特征在于：
步骤3中，用于修正时间多普勒谱平均带宽频率的约束因子定义为β，并且有0<β≤1；修正后的时间多普勒谱平均带宽频率定义为MABW，其计算方式为，MABW＝βABB。
5.根据权利要求4所述的一种基于S波段测波雷达时间多普勒谱的海浪反演方法，其特征在于：
步骤4中，单个多普勒谱重新确定的左带宽边界频率定义为
Figure FDA0003909282850000025
针对单个多普勒谱，重新确定的左带宽边界频率
Figure FDA0003909282850000026
的计算方式如下，
Figure FDA0003909282850000027
步骤4中，单个多普勒谱重新确定的右带宽边界频率定义为
Figure FDA0003909282850000028
针对单个多普勒谱，重新确定的右带宽边界频率
Figure FDA0003909282850000029
的计算方式如下，
Figure FDA00039092828500000210
6.根据权利要求5所述的一种基于S波段测波雷达时间多普勒谱的海浪反演方法，其特征在于：
步骤5中，单个多普勒谱的频移定义为
Figure FDA0003909282850000031
在重新确定的带宽边界频率内依据谱矩法求取
Figure FDA0003909282850000032
其计算方式为，
Figure FDA0003909282850000033
固定距离元、固定时间点雷达照射方位角上的速度
Figure FDA0003909282850000034
由多普勒效应得出，即，
Figure FDA0003909282850000035
其中，λ0表示电磁波波长；
对于固定距离元的时间多普勒谱
Figure FDA0003909282850000036
对应得到速度时间序列，将速度时间序列定义为
Figure FDA0003909282850000037
对速度时间序列的去趋势项处理如下，
Figure FDA0003909282850000038
其中，mean()为取平均值，
Figure FDA0003909282850000039
为处理后的速度时间序列。
7.根据权利要求6所述的一种基于S波段测波雷达时间多普勒谱的海浪反演方法，其特征在于：
步骤6中，雷达照射方位角上固定距离元的海浪谱定义为
Figure FDA00039092828500000310
其中，fwdve表示海浪频率，与时间序列t有关，依据相干微波雷达的线性波浪理论，雷达照射方位角上固定距离元的速度时间序列与固定距离元的海浪谱之间的转换关系为，
Figure FDA00039092828500000311
其中，FFT表示快速傅里叶变换，转换函数TF的表示如下，
Figure FDA00039092828500000312
上式中，k表示海浪波数，d表示固定距离元处的水深，ω表示海浪角频率，Δfwave表示海浪频率分辨率，θ表示天线入射角。
8.根据权利要求7所述的一种基于S波段测波雷达时间多普勒谱的海浪反演方法，其特征在于：
步骤7中，固定距离元的完整无向海浪谱定义为S(r0,fwave)，计算如下，
Figure FDA00039092828500000313
步骤7所述的有效波高与平均波周期两种海浪参数分别定义为Hs、Tav，通过完整的无向海浪谱S(r0,fwave)得到，计算如下，
Figure FDA00039092828500000314
Figure FDA0003909282850000041
Figure FDA0003909282850000042
9.一种基于S波段测波雷达时间多普勒谱的海浪反演系统，其特征在于：用于实现如权利要求1-8任一项所述的一种基于S波段测波雷达时间多普勒谱的海浪反演方法。
10.根据权利要求9所述基于S波段测波雷达时间多普勒谱的海浪反演系统，其特征在于：包括处理器和存储器，存储器用于存储程序指令，处理器用于调用存储器中的存储指令执行如权利要求1-8任一项所述的一种基于S波段测波雷达时间多普勒谱的海浪反演方法。
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