航海雷达图像提取海面风向技术研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学博士学位论文航海雷达图像提取海面风向技术研究博士研究生：王慧指导教师：周卫东教授学科、专业：导航、制导与控制哈尔滨工程大学2016年10月万方数据万方数据分类号：密级：UDC：编号：工学博士学位论文航海雷达图像提取海面风向技术研究博士研究生：王慧指导教师：周卫东教授学位级别：工学博士学科、专业：导航、制导与控制所在单位：自动化学院论文提交日期：2016年9月论文答辩日期：2016年10月学位授予单位：哈尔滨工程大学万方数据万方数据ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofD.EngRe

2、searchofOceanWindDirectionRetrievalAlgorithmBaseonMarineRadarImagesCandidate:WangHuiSupervisor:Prof.ZhouWeidongAcademicDegreeAppliedfor:DoctorofEngineeringSpecialty:Navigation,GuidanceandControlDateofSubmission:Septemper,2016DateofOralExamination:October,2016University:HarbinEngineeringUn

3、iversity万方数据万方数据哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国

4、家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日万方数据万方数据航海雷达图像提取海面风向技术研究摘要全天候、多方位立体的海洋动力环境监测对人类海洋活动、海洋探索和研究有着至

5、关重要的推动作用，在众多先进设备中航海雷达以其便捷、投资小、高分辨率等特点成为国内外学者研究的热点。现阶段利用航海雷达采集的海杂波图像基于相应算法可提取多种海洋动力学参数，实现了其他遥感设备无法比拟的实时海面状态监测。本文结合实验室在研项目，基于航海雷达开展了海面风向提取技术的研究，为海洋动力环境监测提供了更加全面和精准的海面风向信息。本文基于课题的研究背景和意义，总结了国内外航海雷达海洋遥感的相应成果，并对基于航海雷达提取海面风向的关键技术进行了深入的研究，利用海面风场成像的小尺度风条纹特征提出了两套完整的海面风向反演技术方案，应用实测雷达图像序列对两种反演技术进行了测

6、试和分析。1、针对雷达图像径向衰减问题，根据雷达图像径向非线性衰减特征，设计了基于最小二乘法自适应分段拟合算法校正雷达图像。应用最小二乘法分段拟合雷达径向回波强度，利用拟合函数值与真实值的绝对值误差作为自适应判断条件，实现了算法自动校正的能力。算法应用多元函数极值求解拉格朗日函数的最小二乘回归系数，保证了分段拟合的连续性，并且采用的最小二乘拟合函数最高阶为二阶，既简化了拟合函数模型又提高了算法的运行速度。结果显示拟合函数值与雷达图像径向回波强度偏差为0.83，标准误差22.19，相关性0.9986，符合拟合校正要求，证明了该相对辐射校正算法的有效性。2、海面风场成像特征的

7、研究是应用航海雷达反演海面风向的基础，现阶段都是基于SAR成像的风条纹基础上进行研究的，但航海雷达与SAR在工作原理、测量方法上有较大差异。本文结合SAR成像机制，从海面风场调制对航海雷达成像的影响入手，理论分析了海面风场导致航海雷达成像特征的关键原因。根据海面风场静态特性，从航海雷达图像序列中提取出小尺度风条纹，并应用实测数据验证小尺度风条纹尺度、周期等特性。3、针对传统局部梯度法无法适应小尺度风条纹尺度变化的问题，提出基于自适应缩减算法（adaptivereducedmethod，ARM）的海面风向提取技术。算法首先利用自