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专利号: 2021103081763
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于频谱分割的海浪波谱仪斑点噪声谱估计方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一、对于某个雷达波束观测角φ,用海浪波谱仪接收到的N个脉冲原始信号作为输入信号,利用“快时间频率谱分割法”获得两组一维距离像: 及其中:n表示脉冲的序号,R表示地面距离坐标,其取值范围为Rmin<R<Rmax,Rmin与Rmax分别表示波谱仪波束覆盖范围的近距端距离坐标和远距端距离坐标;

步骤二、对步骤一得到的N个一维距离像对 及进行平均,分别得到 与

其中: 表示由“正”的快时间频率成分得到的脉冲平均后的一维距离像,表示由“负”的快时间频率成分得到的脉冲平均后的一维距离像;

步骤三、根据步骤二得到的一维距离像对 与 利用“海浪调制波形相消法”估计波谱仪“波动”斑点噪声谱P(k;φ),其中k表示波数,φ表示雷达波束观测角;

步骤四、对P(k;φ)根据下式进行幅度尺度变换和坐标尺度变换,得到其中: 为P(k;φ)的坐标尺度变换, 表示尺度变换后的“波动”斑点噪声谱;

步骤五、对 进行线性最小二乘拟合,得到一个一次多项式函数:Psp(k;φ)=x1·k+x2,k>0其中:Psp(k;φ)表示估计得到的海浪波谱仪斑点噪声谱,一次多项式的两个系数x1与x2由以下两式得到,

其中:X1与X2表示函数F(X1,X2)的两个自变量,min[F(X1,X2)]表示取函数F(X1,X2)的最小值, 表示取使得函数F(X1,X2)最小化的自变量。

2.根据权利要求1所述一种基于频谱分割的海浪波谱仪斑点噪声谱估计方法,其特征在于,所述步骤一的具体步骤如下:步骤1‑1、对于雷达波束观测角φ,将波谱仪接收到的第n个脉冲原始雷达回波信号sn(t;φ)进行傅里叶变换,得到快时间频率谱信号Sn(fr;φ),Sn(fr;φ)=FT{sn(t;φ)}其中:t表示一个脉冲回波信号雷达采样的快时间,fr表示快时间频率,FT{·}表示傅里叶变换算子;

步骤1‑2、对快时间频率域回波信号Sn(fr;φ)根据下式进行匹配滤波以实现脉冲压缩,其中: 表示匹配滤波后的回波信号,Kr为线性调频信号的调频率,Fs表示回波信号的采样频率,j表示虚数单位;

步骤1‑3、对匹配滤波后的回波信号 按照下式进行距离走动校正,其中: 表示距离走动校正后的回波信号, 表示当雷达波束观测角为φ时的、第n个脉冲的、以时间表示的距离走动量;

+ ‑

步骤1‑4、利用两个窗函数W (fr)和W (fr)对距离走动校正后的回波信号 进行“快时间频率谱分割”,

+

以上四式中, 表示利用窗函数W (fr)取出的回波信号 的正的快时间‑

频率部分,而 表示利用窗函数W (fr)取出的回波信号 的负的快时间频率部分;

步骤1‑5、对 与 进行傅里叶逆变换,分别得到信号 与其中: 表示由“正”的快时间频率成分得到的快时间域信号, 表示由“负”的快时间频率成分得到的快时间域信号,IFT{·}表示傅里叶逆变换算子;

步骤1‑6、将信号 与 从快时间坐标t变换到地面距离坐标R,分别得到坐标变换后的信号 与 其中,t与R之间的映射关系为,其中:R表示地面距离坐标,c表示光速,而H表示雷达到海面的高度;

步骤1‑7、对 与 取“模平方”,分别得到两组一维距离像:及

其中: 为由“正”的快时间频率成分得到的第n个脉冲的一维距离像,为由“负”的快时间频率成分得到的第n个脉冲的一维距离像, 为由“正”的快时间频率成分得到的地面距离域信号, 为由“负”的快时间频率成分得到的地面距离域2

信号,|·|表示取绝对值的平方。

3.根据权利要求2所述一种基于频谱分割的海浪波谱仪斑点噪声谱估计方法,其特征在于,所述步骤三的具体步骤如下:步骤3‑1、对步骤二得到的 与 沿着地面距离坐标R进行等长度分段,分别得到M个新的一维距离像对 及其中: 表示由“正”的快时间频率成分得到的第m个距离段的一维距离像,表示由“负”的快时间频率成分得到的第m个距离段的一维距离像,M表示距离段的总数目,m表示距离段的序号,表示距离分段后的距离坐标,Lx表示雷达波束覆盖范围距离向的长度,

Lx=Rmax‑Rmin

步骤3‑2、对步骤3‑1得到的每段一维距离像根据其平均值进行归一化,得到“距离像对” 与

其中: 表示由“正”的快时间频率成分得到的第m个距离段的归一化一维距离像, 表示由“负”的快时间频率成分得到的第m个距离段的归一化一维距离像,表示沿着距离坐标 取平均值;

步骤3‑3、将步骤3‑2得到的 与 实施“海浪调制波形相消”,即将二者相减并乘以一个因子 得到一组新的函数,其中: 表示海浪调制波形相消后的一维距离像;

步骤3‑4、根据下式计算每个距离段的函数 的自相关功率谱,*

其中: 表示自相关功率谱,[·]表示取复共轭,k表示波数;

步骤3‑5、把步骤3‑4得到的M个自相关功率谱 进行平均得到波谱仪“波动”斑点噪声谱,其中:P(k;φ)表示波谱仪“波动”斑点噪声谱。