X波段雷达近岸典型海域海浪频谱反演研究

• 作 者: 王静
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院研究生院 中国科学院大学
• 发表日期: 2012年期
• 关键词: X波段雷达 海浪频谱 有效波高 非线性拟合 神经网络 图像反演

本文基于中国科学院重大科研装备研制项目“X波段雷达物理参数测量仪”在大连獐子岛海域获得的实验数据,提出了利用X波段雷达图像反演海浪频谱和有效波高的神经网络模型,分析了模型在实际应用中的适用性及不足之处,给出了进一步的工作和改进方向。论文的主要工作包括:　　
1)简要回顾了国内外利用X波段雷达进行海洋水文气象要素观测的研究和应用现状,介绍了X波段雷达的工作机制和系统组成以及X波段雷达反演海浪信息的经典算法流程,并对现有系统及算法的适用性和局限性进行了讨论;　　
2)基于2008年～2009年在大连獐子岛海域的现场试验,针对浮标数据,利用非线性回归的方法,将其与标准谱型(PM、JONSWAP和TMA)进行了拟合分析,拟合结果精度较高,谱参数误差均在2%以内;对X波段雷达影像观测过程中遇到的三类影响因素进行了详细分析,同样利用非线性回归方法将一维图像谱与标准谱型进行匹配,表明其具有标准谱型的特征;　　
3)提出了建立X波段雷达一维图像谱参数与浮标频谱参数之间的神经网络模型的思路,并在模型中加入修正后的图像信噪比以建立和有效波高之间的非线性映射。反演结果给出了频谱的基本形态,各个谱参数的平均误差在20%以内,个别参数(如Phillips常数)的误差较大,接近40%;有效波高的反演误差小于20%,而传统的线性回归反演有效波高算法针对0.5～2m范围内的平均误差在30%左右。引起谱参数反演误差较大的原因主要是由于图像中波浪条纹信息的非均匀性引起的。对模型的输入参数引入±5%的随机误差,反演结果波动较小,模型稳定较好。尽管反演结果比较理想,但由于受建模数据总量较少的影响,模型仍需要在信噪比计算等方面进行改进。