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X波段雷达图像提取海面风场

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1 前言

1.1 引言

1.2 海面风场提取方法发展及研究现状

1.3 本文的主要研究内容

2 多传感器提取海面风场方法综述

2.1高频雷达提取风场信息

2.2基于GPS(全球定位系统)卫星信号的海面风场遥感方法

2.3辐射计反演海面风场

2.4利用气象传真图反演海面风场

2.5卫星高度计反演风场

2.6散射计反演海面风场

2.7 SAR反演海面风场

2.8 X波段雷达反演提取海面风场

2.9本章小结

3 几个基本概念

3.1移动平均

3.2光流技术

3.3图像金字塔

3.4空间锐化滤波器-sobel算子

3.5平滑滤波器-二项式滤波算子

3.6雷达截面积

3.7误差反向传播(Back Propagation,BP)神经网络

3.8本章小结

4 X波段雷达提取风场算法研究

4.1基于光流运动估计技术算法

4.2基于梯度算法和神经网络算法介绍

4.3本章小结

5 试验及结果分析

5.1海洋动力环境X波段雷达监测系统介绍

5.2试验过程

5.2.1试验时间和地点

5.2.2试验数据采集方法

5.3光流算法试验结果及分析

5.4梯度算法和神经网络算法试验分析

5.5本章小结

6 结论与展望

参考文献

致谢

个人简历及攻读学位期间的主要成果

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摘要

海洋,既绚丽多姿,又高深莫测,强烈地吸引着一代又一代的人们去探索研究和开发利用,已成为当今世界的一个重要话题,将为人类的生存和发展提供广阔的前景。海洋面积约占地球面积的三分之二,海洋各类资源丰富。21世纪将是海洋开发的世纪。这个新世纪的重要标志之一是海洋技术,特别是海洋高技术的发展。但海洋环境极其复杂,风、浪、流、潮等物理海洋要素数据及其变化规律的研究对于国防、航运、造船、港口以及海上石油平台的建设都具有非常重要的意义。 X波段导航雷达不仅可用于监视海上移动目标、测量海浪和海流,而且可以提取海面风场。X波段雷达相对于其它工具具有经济、实时和便捷的特点,可以方便、全天候地监测附近海域海洋动力环境要素。 论文首先介绍了海面风场提取的方法和研究现状,接着对多传感器提取风场的方法作了综述,通过分析和比较,在算法原理和方法上具有一定程度的相似性,能够将多传感器提取风场的方法系统起来,对进一步海面风场科学研究具有重要的参考价值。 作者主要介绍了X波段雷达提取风场的算法研究和一些相关知识以及所进行的试验,这是本论文的主要内容。其算法分为两个,一个是基于光流运动估计技术的方法提取风场,另一个是利用局部梯度法提取风向和神经网络提取风速。在此,重点介绍的是前一种,这种新技术不需要校正雷达系统的相位,从试验结果来看,大多数结果还是比较好的,证实了这种算法的可执行性。但是由于试验数据的不够丰富以及近海海域的不均匀性等因素存在,还有一定的误差,需要通过进一步的研究去消除;对于后者,主要沿用了合成孔径雷达反演海面风向的局部梯度算法。但是,由于时间的紧促和数据的缺乏,最终并没有通过大量的试验去研究,只是给出了几个简单的结果;对于神经网络提取风速,我们利用了39组数据,分成训练的和测试的两部分,得出了与现场风数据比较符合的风速结果。相信如果我们加大外海试验力度,采集了丰富的试验数据,定能得出非常满意的结果。 总之,作者在课题组研制的“海洋动力环境X波段雷达监测系统(XWCMS)”原理样机基础上,实现了海面风场反演算法研究,证明了该算法的科学性和可行性,基本达到了课题研究目标的要求,为进一步更加深入研究X波段雷达提取海面风场奠定了坚实的基础,具有重要的研究价值。

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