RU2747963C1 - Method for radar determination of the current velocity vector - Google Patents

Method for radar determination of the current velocity vector Download PDF

Info

Publication number
RU2747963C1
RU2747963C1 RU2020127627A RU2020127627A RU2747963C1 RU 2747963 C1 RU2747963 C1 RU 2747963C1 RU 2020127627 A RU2020127627 A RU 2020127627A RU 2020127627 A RU2020127627 A RU 2020127627A RU 2747963 C1 RU2747963 C1 RU 2747963C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
directions
velocity
current velocity
determined
sea surface
Prior art date
Application number
RU2020127627A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Сергеевич Запевалов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Морской гидрофизический институт РАН" (ФГБУН ФИЦ МГИ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Морской гидрофизический институт РАН" (ФГБУН ФИЦ МГИ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Морской гидрофизический институт РАН" (ФГБУН ФИЦ МГИ)
Priority to RU2020127627A priority Critical patent/RU2747963C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2747963C1 publication Critical patent/RU2747963C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C1/00—Measuring angles

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: radiolocation.
SUBSTANCE: invention relates to radiolocation of the sea surface and can be used to determine the velocity of surface currents. The problem of determining the current velocity is one of the most urgent problems in modern radio oceanography. Its solution, in particular, will improve the control of the navigation situation in the areas of seaports and oil production platforms. The essence of the invention consists in the fact that the depth is preliminarily determined for a given investigated section of the sea surface and then this section is probed with microwave radio waves in two directions at the given azimuthal angles α1 and α2. Sounding is carried out in one of two options: either using one radar with a rotating antenna, or using two spaced apart radars that do not lie on the same straight line with the site. The reflected signal is received in each of these two directions. Two such soundings are carried out sequentially, and for each of these two directions, two sea surface profiles are reconstructed, from which, by cross-spectral analysis and taking into account the depth data, the phase velocities of surface waves are determined for each of the directions C1 and C2, respectively, according to which the projections of the current velocity are calculated and the current velocity vector is determined.
EFFECT: increased accuracy and efficiency (reduced time for measuring the velocity of the current).
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к радиолокации морской поверхности и может быть использовано для определения скорости поверхностных течений. Задача определения скорости течения является одной из наиболее актуальных в современной радиоокеанографии. Ее решение, в частности, позволит улучшить контроль навигационной обстановки в районах морских портов и нефтедобывающих платформ.The invention relates to radar of the sea surface and can be used to determine the speed of surface currents. The problem of determining the current velocity is one of the most urgent in modern radio oceanography. Its solution, in particular, will improve the control of the navigation situation in the areas of seaports and oil production platforms.

Известны способы определения скорости поверхностных течений с космических аппаратов путем зондирования морской поверхности в радиодиапазоне: способ измерения радиальной скорости отражателя в радиолокаторе бокового обзора с синтезированной апертурой [Переслегин С.В., Ивонин Д.В., Шапрон Б.Ж.А., Халиков З.А., Захаров А.И., Достовалов М.Ю. // Патент RU на изобретение №2537788, опубл. 10.01.2015 Бюл. №1], а также способ измерения векторного поля скорости океанских и речных течений в космическом РСА [Переслегин С.В., Халиков З.А., Коваленко А.И., Риман В.В., Шапрон Б.Ж.А., Кудрявцев В.Н., Шилов Д.В. // Патент RU на изобретение №2597148, опубл. 10.09.2016 Бюл. №25]. Указанные способы имеют следующие недостатки. Они позволяют определять скорость поверхностного течения только в период пролета космического аппарата, с установленным на нем радиолокатором бокового обзора с синтезированной апертурой, над контролируемой акваторией. Кроме того, точность пересчета скорости перемещения отражателей в скорость течения невысока, что обусловлено влиянием орбитальных движений волн, обрушениями, а также нелинейными эффектами в поле морских волн.Known methods for determining the speed of surface currents from spacecraft by sensing the sea surface in the radio range: a method for measuring the radial speed of a reflector in a side-looking radar with a synthetic aperture [Pereslegin S.V., Ivonin D.V., Shapron B.Zh.A., Khalikov Z.A., Zakharov A.I., Dostovalov M.Yu. // Patent RU for invention No. 2537788, publ. 10.01.2015 Bul. No. 1], as well as a method for measuring the vector field of the velocity of ocean and river currents in space SAR [Pereslegin SV, Khalikov ZA, Kovalenko AI, Riman VV, Shapron B.Zh.A. , Kudryavtsev V.N., Shilov D.V. // Patent RU for invention No. 2597148, publ. 10.09.2016 Bul. No. 25]. These methods have the following disadvantages. They make it possible to determine the speed of the surface current only during the passage of the spacecraft, with the synthetic aperture side-looking radar installed on it, over the controlled water area. In addition, the accuracy of recalculation of the speed of movement of the reflectors into the speed of the current is low, which is due to the influence of the orbital motions of waves, collapses, as well as nonlinear effects in the field of sea waves.

В настоящее время интенсивно развиваются методы определения скорости поверхностных течений с помощью навигационных и специализированных радаров, работающих в СВЧ-диапазоне.Currently, methods for determining the speed of surface currents using navigation and specialized radars operating in the microwave range are being intensively developed.

Наиболее близким к изобретению по совокупности признаков, и поэтому выбранным в качестве прототипа, является способ определения скорости течения, предложенный в работе [Ивонин Д.В., Телегин В.А., Азаров А.И., Ермошкин А.В., Баханов В.В. Определение вектора скорости течения по измерениям навигационного радара с широкой диаграммой направленности антенны // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2011. Т. 8. №4. С. 219-227].The closest to the invention in terms of the totality of features, and therefore selected as a prototype, is the method for determining the flow rate proposed in [Ivonin D.V., Telegin V.A., Azarov A.I., Ermoshkin A.V., Bakhanov V.V. Determination of the current velocity vector from measurements of a navigation radar with a wide antenna pattern // Modern problems of remote sensing of the Earth from space. 2011. T. 8.No.4. S. 219-227].

Физической основой способа-прототипа является следующее. Гравитационные поверхностные волны, которые видны на радаре, подчиняются дисперсионному соотношениюThe physical basis of the prototype method is as follows. Gravitational surface waves visible on the radar obey the dispersion relation

Figure 00000001
Figure 00000001

где ω - круговая частота;where ω is the circular frequency;

g - гравитационное ускорение;g - gravitational acceleration;

k - волновое число;k is the wavenumber;

Н - глубина.H - depth.

Если глубина Н велика, то можно считать, что tanh(kH)=1, и уравнение (1) принимает вид

Figure 00000002
. Если существует течение, то дисперсионное соотношение видоизменяется:If the depth H is large, then we can assume that tanh (kH) = 1, and equation (1) takes the form
Figure 00000002
... If there is a flow, then the dispersion relation changes:

Figure 00000003
Figure 00000003

где U - скорость течения;where U is the flow rate;

α - угол между волновым вектором и направлением течения.α is the angle between the wave vector and the direction of the flow.

Соответственно трансформируется трехмерный спектр волновых векторов и частот

Figure 00000004
. По трансформации спектра
Figure 00000005
рассчитывается скорость течения.Accordingly, the three-dimensional spectrum of wave vectors and frequencies is transformed
Figure 00000004
... By transforming the spectrum
Figure 00000005
the flow rate is calculated.

Процедура определения скорости течения по радиолокационным изображениям включает несколько этапов. Основными являются следующие этапы:The procedure for determining the current velocity from radar images includes several stages. The main steps are:

1. получение серии изображений морской поверхности;1. obtaining a series of images of the sea surface;

2. пересчет изображений из полярных в декартовы координаты, формирование трехмерного массива, в котором третьей координатой является время;2. recalculation of images from polar to Cartesian coordinates, formation of a three-dimensional array, in which the third coordinate is time;

3. трехмерное преобразование Фурье массива изображений, в результате которого строится спектр волновых векторов и частот

Figure 00000006
3.Three-dimensional Fourier transform of an array of images, as a result of which the spectrum of wave vectors and frequencies is constructed
Figure 00000006

4. построение двумерного спектра волновых числа и частот F2(k,ω);4. construction of a two-dimensional spectrum of wave numbers and frequencies F 2 (k, ω);

5. определение скорости течения по трансформации спектра F2(k,ω).5. determination of the flow velocity from the transformation of the spectrum F 2 (k, ω).

Здесь нижние индексы показывает размерность спектра.Here, the subscripts show the dimension of the spectrum.

Сходными с признаками заявленного изобретения являются следующие признаки прототипа: радиоволнами СВЧ-диапазона зондируют заданный участок морской поверхности и принимают отраженный сигнал.Similar to the features of the claimed invention are the following features of the prototype: microwave radio waves probe a given area of the sea surface and receive the reflected signal.

Недостатком прототипа является низкая точность и низкая оперативность. Ограничение точности обусловлено необходимостью определения частотного спектра поверхностных волн. Частота вращения антенны навигационных радаров составляет около 30 оборотов в минуту, что соответствует дискретности измерений ~ 2 с. На Черном море период доминантных волн в большинстве случаев лежит в пределах 4-6 с. Низкая оперативность вызвана тем, что для получения достоверных спектральных оценок поверхностных волн в частотной области необходим достаточно продолжительный сеанс измерений (~ 10-20 мин).The disadvantage of the prototype is low accuracy and low efficiency. The limitation of accuracy is due to the need to determine the frequency spectrum of surface waves. The frequency of rotation of the antenna of navigation radars is about 30 rpm, which corresponds to a measurement discreteness of ~ 2 s. In the Black Sea, the period of dominant waves in most cases lies within 4-6 s. Low efficiency is caused by the fact that to obtain reliable spectral estimates of surface waves in the frequency domain, a sufficiently long measurement session (~ 10-20 min) is required.

В основу заявленного изобретения поставлено решение технической проблемы: создание способа дистанционного определения скорости морского поверхностного течения, совокупностью существенных признаков которого обеспечивается технический результат изобретения - повышение точности и оперативности (сокращение времени измерений скорости течения).The basis of the claimed invention is a solution to a technical problem: the creation of a method for remotely determining the speed of the sea surface current, the combination of the essential features of which provides the technical result of the invention - increasing the accuracy and efficiency (reducing the time for measuring the current speed).

Согласно изобретению, радиоволнами СВЧ-диапазона зондируют заданный исследуемый участок морской поверхности и принимают отраженный сигнал. Новым в изобретении является то, что предварительно для этого заданного участка морской поверхности определяют глубину. Затем зондируют этот участок в двух направлениях под заданными азимутальными углами. Причем зондирование участка осуществляют одним из альтернативных приемов (т.е. с использованием одного из эквивалентных признаков изобретения), а именно: или одним радаром (с вращающейся антенной), или двумя разнесенными в пространстве радарами (не лежащими на одной прямой с зондируемым участком). Затем принимают отраженный сигнал на каждом из этих двух направлений. Осуществляют последовательно два таких зондирования и для каждого из этих двух направлений восстанавливают два профиля морской поверхности. По полученным профилям путем кросс-спектрального анализа и с учетом данных о глубине определяют фазовые скорости поверхностных волн для каждого из направлений, по которым рассчитывают проекции скорости течения, и определяют вектор скорости течения.According to the invention, a given investigated area of the sea surface is probed with radio waves of the microwave range and the reflected signal is received. What is new in the invention is that the depth is determined in advance for this predetermined sea surface area. Then this area is probed in two directions at given azimuthal angles. Moreover, the sensing of the site is carried out by one of the alternative methods (i.e., using one of the equivalent features of the invention), namely: either one radar (with a rotating antenna), or two radars spaced apart in space (not lying on the same straight line with the probed site) ... The reflected signal is then received in each of these two directions. Two such soundings are carried out sequentially, and for each of these two directions, two profiles of the sea surface are reconstructed. Based on the obtained profiles by cross-spectral analysis and taking into account the depth data, the phase velocities of surface waves are determined for each of the directions, along which the current velocity projections are calculated, and the current velocity vector is determined.

Физической основой заявленного способа является следующее. В отсутствии течения фазовая скорость распространения поверхностных волн (обозначим ее как CT) определяется дисперсионным соотношением (1). Если присутствует течение, то фазовая скорость меняется (обозначим ее как С):The physical basis of the claimed method is as follows. In the absence of a flow, the phase velocity of propagation of surface waves (let us denote it as C T ) is determined by the dispersion relation (1). If there is a flow, then the phase velocity changes (we denote it as C):

Figure 00000007
Figure 00000007

где U - скорость течения;where U is the flow rate;

α - угол между волновым вектором и направлением течения.α is the angle between the wave vector and the direction of the flow.

Таким образом, зная теоретическое значение фазовой скорости CT, и зная ее измеренное значение С, можно определить проекцию скорости течения U на направление α. Чтобы определить скорость течения U надо определить С и CT для другого направления.Thus, knowing the theoretical value of the phase velocity C T , and knowing its measured value C, it is possible to determine the projection of the flow velocity U onto the direction α. To determine the flow rate U, it is necessary to determine C and C T for the other direction.

Сущность изобретения поясняется конкретными примерами его реализации со ссылками на иллюстрации, на которых изображено: фиг. 1 - с использованием одного радара; фиг. 2 - с использованием двух радаров.The essence of the invention is illustrated by specific examples of its implementation with reference to illustrations, which depict: FIG. 1 - using one radar; fig. 2 - using two radars.

Способ осуществляется следующим образом.The method is carried out as follows.

Сначала для заданного исследуемого участка морской поверхности определяется глубина. Затем (фиг. 1) этот исследуемый участок зондируется навигационным радаром с вращающейся антенной в двух направлениях под заданными азимутальными углами α1 и α2. В фиксированные моменты времени, соответствующие ориентации антенны в направлении углов α1 и α2, определяются профили изображения морской поверхности. На следующем обороте антенны при тех же углах α1 и α2 определяются еще два профиля. По паре последовательно полученных профилей для каждого азимутального угла α1 и α2 путем кросс-спектрального анализа рассчитываются проекции фазовых скоростей поверхностных волн, соответственно С1 и С2, в выбранных направлениях. Фазовая скорость, согласно уравнению (2), зависит от двух факторов: от скорости течения и от глубины. Поэтому при расчете С1 и С2 учитывают влияние глубины. Далее определяются проекция скорости течения на направления α1 и α2, по которым восстанавливается полный вектор скорости течения. Достоинством этого варианта является то, что он может быть реализован с помощью одного навигационного радара.First, the depth is determined for a given sea surface area under study. Then (Fig. 1) this investigated area is probed by a navigation radar with a rotating antenna in two directions at given azimuthal angles α 1 and α 2 . At fixed points in time corresponding to the antenna orientation in the direction of the angles α 1 and α 2 , the sea surface image profiles are determined. On the next rotation of the antenna at the same angles α 1 and α 2 , two more profiles are determined. For a pair of successively obtained profiles for each azimuthal angle α 1 and α 2 by cross-spectral analysis, the projections of the phase velocities of surface waves, respectively C 1 and C 2 , in the selected directions are calculated. The phase velocity, according to equation (2), depends on two factors: the current velocity and the depth. Therefore, when calculating C 1 and C 2, the effect of depth is taken into account. Next, the projection of the flow velocity on the directions α 1 and α 2 is determined, along which the full vector of the flow velocity is restored. The advantage of this option is that it can be implemented using a single navigation radar.

Согласно второму варианту исполнения изобретения, (фиг. 2), исследуемый участок поверхности моря облучается двумя разнесенными по пространству радарами 1 и 2 (радары и облучаемый участок не находятся на одной прямой). Затем осуществляются те же операции, что описаны выше (в соответствии с фиг. 1). Одним из достоинств этого варианта является то, что нет необходимости использовать радар с вращающейся антенной. Это дает возможность проводить измерения с меньшим интервалом времени, что в свою очередь позволяет определять фазовые скорости более коротких волн (имеющих меньший период). В случае использования радара с вращающейся антенной минимальный период ограничен периодом вращения антенны. Еще одним преимуществом этого варианта является то, что он сближает в пространстве проекции скорости течения на направления α1 и α2.According to the second embodiment of the invention, (Fig. 2), the investigated area of the sea surface is irradiated by two spaced apart radars 1 and 2 (the radars and the irradiated area are not on the same straight line). Then the same operations are carried out as described above (in accordance with Fig. 1). One of the advantages of this option is that there is no need to use a rotating antenna radar. This makes it possible to carry out measurements with a shorter time interval, which in turn makes it possible to determine the phase velocities of shorter waves (having a shorter period). In the case of radar with a rotating antenna, the minimum period is limited by the period of rotation of the antenna. Another advantage of this option is that it brings together in space the projections of the flow velocity to the directions α 1 and α 2 .

Работа создана при выполнении государственного задания по теме №0827-2018-0003 «Фундаментальные исследования океанологических процессов, определяющих состояние и эволюцию морской среды под влиянием естественных и антропогенных факторов, на основе методов наблюдения и моделирования» (шифр «Океанологические процессы»).The work was created during the fulfillment of the state assignment on the topic №0827-2018-0003 "Fundamental research of oceanological processes that determine the state and evolution of the marine environment under the influence of natural and anthropogenic factors, based on observation and modeling methods" (code "Oceanological processes").

Claims (1)

Способ радиолокационного определения вектора скорости течения, заключающийся в том, что радиоволнами СВЧ-диапазона зондируют заданный участок морской поверхности и принимают отраженный сигнал, отличающийся тем, что предварительно для этого заданного участка определяют глубину, зондируют этот участок в двух направлениях под заданными азимутальными углами или одним радаром, или двумя разнесенными в пространстве радарами, принимают отраженный сигнал на каждом из направлений, осуществляют последовательно два таких зондирования и для каждого из направлений восстанавливают два профиля морской поверхности, по которым путем кросс-спектрального анализа и с учетом данных о глубине определяют фазовые скорости поверхностных волн для каждого из направлений, по которым рассчитывают проекции скорости течения и определяют вектор скорости течения.The method of radar determination of the current velocity vector, which consists in the fact that a given section of the sea surface is probed with radio waves of the microwave range and a reflected signal is received, characterized in that the depth is determined in advance for this given section, this section is probed in two directions at given azimuthal angles or one radar, or two radars spaced apart in space, receive the reflected signal in each direction, carry out two such soundings in succession, and for each direction reconstruct two sea surface profiles, from which, by cross-spectral analysis and taking into account the depth data, the phase velocities of the surface waves for each direction, according to which the projections of the current velocity are calculated and the current velocity vector is determined.
RU2020127627A 2020-08-18 2020-08-18 Method for radar determination of the current velocity vector RU2747963C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020127627A RU2747963C1 (en) 2020-08-18 2020-08-18 Method for radar determination of the current velocity vector

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020127627A RU2747963C1 (en) 2020-08-18 2020-08-18 Method for radar determination of the current velocity vector

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2747963C1 true RU2747963C1 (en) 2021-05-18

Family

ID=75919933

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020127627A RU2747963C1 (en) 2020-08-18 2020-08-18 Method for radar determination of the current velocity vector

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2747963C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2210227B (en) * 1986-02-01 1989-11-22 Racal Radar & Displays Ltd Radar systems
RU2194288C2 (en) * 2000-12-15 2002-12-10 Открытое акционерное общество "Корпорация "Фазотрон - научно-исследовательский институт радиостроения" Radar system
RU139053U1 (en) * 2013-11-19 2014-04-10 Закрытое Акционерное Общество "Транзас" DEVICE FOR MEASUREMENT AND FORECASTING OF SEA WAVE PARAMETERS
RU2630412C1 (en) * 2016-11-29 2017-09-07 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук" (ИПФ РАН) Method of remote determination of sea current speed
RU2670176C1 (en) * 2017-08-02 2018-10-18 Общество с ограниченной ответственностью "ОКБ "Эланор" System of detection of underwater and surface objects

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2210227B (en) * 1986-02-01 1989-11-22 Racal Radar & Displays Ltd Radar systems
RU2194288C2 (en) * 2000-12-15 2002-12-10 Открытое акционерное общество "Корпорация "Фазотрон - научно-исследовательский институт радиостроения" Radar system
RU139053U1 (en) * 2013-11-19 2014-04-10 Закрытое Акционерное Общество "Транзас" DEVICE FOR MEASUREMENT AND FORECASTING OF SEA WAVE PARAMETERS
RU2630412C1 (en) * 2016-11-29 2017-09-07 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук" (ИПФ РАН) Method of remote determination of sea current speed
RU2670176C1 (en) * 2017-08-02 2018-10-18 Общество с ограниченной ответственностью "ОКБ "Эланор" System of detection of underwater and surface objects

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Senet et al. The near-surface current velocity determined from image sequences of the sea surface
US6700834B2 (en) System and method for measuring wave directional spectrum and wave height
CN101458334A (en) Mobile compensation process for double-base synthetic aperture radar imaging
Ellis et al. A normal mode reverberation and target echo model to interpret towed array data in the target and reverberation experiments
Titchenko et al. Peculiarities of the Acoustic Pulse Formation Reflected by the Water Surface: a Numerical Experiments and the Results of Long-term Measurements Using the" Kalmar" Sonar
CN103487793A (en) Broadband reverberation waveform simulation method based on normal mode theory
RU2747963C1 (en) Method for radar determination of the current velocity vector
RU2572357C1 (en) Method of forming three-dimensional image of earth's surface in on-board four-channel doppler radar set
RU2529207C1 (en) Navigation system for towed underwater vehicle
Pan et al. A raw echo simulation method based on reference signal translation for InSAS
RU2449312C1 (en) Panoramic radar method of determining parameters of state of ocean surface layer from satellite
Yang et al. HF radar ocean current algorithm based on MUSIC and the validation experiments
RU2447457C2 (en) Radar method for rapid diagnosis of ocean phenomena from space
Titchenko et al. Measurements of the sea surface parameters using a new modification of underwater sonar on a marine platform in the Black Sea
Liu et al. Algorithm for HF radar vector current measurements
Titchenko et al. Sub-satellite validation using ultrasonic wave gauge: In-situ measurements of surface waves slope variance and other parameters of surface waves
Ivonin et al. Sample application of a low-cost X-band monitoring system of surface currents at the Black Sea shore
Lipa et al. CODAR measurements of ocean surface parameters at ARSLOE--Preliminary results
Titchenko et al. Sea surface waves parameters retrieval method based on the measurement of the Doppler spectrum at small incident angle
Cui et al. Retrieval of ocean wave characteristics from K-band radar
Li et al. A scheme to measure lateral velocity by radio interferometry
Jia et al. Correction of velocity estimation bias caused by phase‐shift beamforming in acoustic Doppler velocity logs
RU2274877C2 (en) Panoramic radar method of determining condition of ocean's layer surface from satellite
US20030038744A1 (en) Synthesis of total surface current vector maps by fitting normal modes to single-site HF radar data
Radhakrishnan et al. Retrieval of Ocean Wave Spectra From X-Band Marine Radar Images Using Inversion Schemes Based on Auto-Spectral Analysis