高频地波雷达海态矢量场反演算法研究.pdf

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1、硕士学位论文高频地波雷达海态矢量场反演算法研究RESEARCHONINVERSIONALGORITHMOFHIGHFREQUENCYGROUNDWAVERADARSEA-STATEPARAMETERSINVECTORFIELD张艳静哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TN958学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工程硕士学位论文高频地波雷达海态矢量场反演算法研究硕士研究生：张艳静导师：董英凝副教授申请学位：工程硕士学科：电子与通信工程所在单位：电子与信息工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classifie

2、dIndex:TN958U.D.C:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONHIGHFREQUENCYGROUNDWAVERADARPARAMETERSINVERSIONMETHODOFSEA-STATEVECTORFIELDCandidate：ZhangYanjingSupervisor：AssociateProf.DongYingningAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ElectronicsandCom

3、municationEngineeringAffiliation：SchoolofElectronicsandInformationEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要近年来，高频地波雷达因其探测距离远，覆盖范围广，造价低，能实现全天候时空连续探测等优势，在海洋环境监测中起到了重要的作用。通过Barrick建立的散射截面方程进行回波多普勒谱分析即可获取海态参数。目前，海面流场参数反

4、演算法已相对成熟，但风浪场参数的提取方法还在研究阶段。本文主要对海面矢量场参数反演算法进行研究，包括海流流速和海面风向两方面。通过仿真验证、实测数据分析、和预报信息比较、误差统计等方法对各算法性能进行分析。总结出一套适应不同情况的海态矢量场反演算法。首先，流场方面。由于反演矢量海流前须先获取海流的径向流速，为了获取更高的角度分辨率，在对MUSIC算法提取海流径向流速方位信号之前先进行预处理，主要包含通道幅度软件校准及合成和分离一阶谱区两部分。而后，深入研究了三种单站矢量海流反演算法：类插值法、最小二乘法及基于流函数模型反演法。通过仿真验证、实测数据分析、预报

5、信息比较、误差统计等方法对算法性能进行分析，选出最适合单站的矢量海流提取的算法。最后将流函数反演矢量海流算法和MUSIC算法提取海流径向流速方位信号结合进行实测数据分析，并将反演结果和预报信息相比较，反演效果较好。此外，由于传统的岸基地雷达一般包含多部，故本文也对双站雷达探测、双基地雷达矢量海流反演算法进行研究，给出了不同海流模型下的仿真过程，并通过误差分析总结算法的优缺点。最后，讨论了多站雷达探测情况下，采用最小二乘法进行数据融合提取矢量海流的方法，并通过蒙特卡洛实验对进行模型的稳定性分析。其次，风场方面。针对海面风向提取算法进行研究。对单站风向反演算法：

6、最小二乘法、最大似然法、最小差值法、变量解模糊法和基于最优β的相邻波束法进行仿真和实测数据分析，并将反演结果和预报信息相比较进行误差分析，比较五种算法的优劣和适用范围，给出各算法的反演精度，确定出最适合单站风向反演的算法。然后，对双站雷达探测情况下的风向反演算法进行研究，介绍了双站空间递推法风向反演原理并对算法进行仿真验证。最后，在多站雷达探测情况下，采用多传感器自适应加权融合算法和基于最小二乘原理的加权融合算法进行融合，给出仿真结果并和加权平均融合的结果相比较，分析算法优劣。关键词：高频地波雷达；海洋环境监测；反演；矢量场参数；数据融合-I-哈尔滨工业大学

7、工程硕士学位论文AbstractInrecentyears,thehigh-frequencygroundwaveradarhasplayedanimportantroleinmonitoringthemarineenvironmentbecauseofitslongdetectionrange,widecoverage,lowcost,andtheabilitytoachieveall-weathercontinuousspatio-temporaldetection.TheseastateparameterscanbeobtainedbytheechoD

8、opplerspectrumanalysisofth