本發(fā)明涉及無線電海洋遙感技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及X波段雷達(dá)海洋遙感技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種船載X波段測波雷達(dá)回波圖像的預(yù)處理方法。

背景技術(shù)：

X波段電波在隨機(jī)粗糙海面?zhèn)鞑r(shí)會與海浪產(chǎn)生散射作用，X波段測波雷達(dá)接收后向散射回波，能夠從回波信號獲取海流、海浪等海洋參數(shù)。隨著科技的進(jìn)步、軍事的發(fā)展，各個(gè)國家對海洋安全與海洋環(huán)境越來越關(guān)注，岸基X波段測波雷達(dá)小范圍的海洋觀測已經(jīng)不能滿足目前發(fā)展的需要。目前，為了充分發(fā)揮測波雷達(dá)的優(yōu)勢以及結(jié)合日益增多的船舶優(yōu)勢，各個(gè)國家都在大力發(fā)展船載X波段測波雷達(dá)技術(shù)。船載X波段測波雷達(dá)隨船舶航行在海洋表面，不可避免的會受到海洋表面狀態(tài)作用而導(dǎo)致船體晃動，而這些晃動可能會對船載X波段測波雷達(dá)有如下影響：

1)雷達(dá)照射區(qū)海浪回波譜的頻移和展寬。從速度調(diào)制的角度看，由于平臺運(yùn)動的速度在各個(gè)方向的徑向分量不同，導(dǎo)致雷達(dá)波束照射不同區(qū)域海浪收到的調(diào)制不一樣，表現(xiàn)為回波譜的多普勒頻率不同；從能量角度看，平臺的運(yùn)動破壞了海浪原有的空間相關(guān)特性，使其相關(guān)時(shí)間變短，頻譜中回波能量沿方位展開成較寬的展寬譜。

2)雷達(dá)波束覆蓋海區(qū)發(fā)生變化。不同天線旋轉(zhuǎn)周期中獲得的回波空間分布圖像反映的不完全是同一觀測區(qū)域的特征，這主要由平臺的平動和轉(zhuǎn)動引起。

3)天線波束的擺動。主要由船舶繞水平面兩個(gè)軸的晃動引起，其直接后果就是引起海面回波強(qiáng)度的變化。這種影響相當(dāng)于在回波上增加了一個(gè)隨機(jī)的幅度調(diào)制，同樣會造成回波譜的展寬。

船舶運(yùn)動會導(dǎo)致X波段測波雷達(dá)海態(tài)參數(shù)反演結(jié)果與實(shí)際結(jié)果有一定偏差，因此在利用岸基測波雷達(dá)技術(shù)來對船載雷達(dá)圖像進(jìn)行海態(tài)參數(shù)反演之前，需要對船載X波段測波雷達(dá)回波圖像進(jìn)行相關(guān)的預(yù)處理。目前國際上船載X波段測波雷達(dá)相關(guān)報(bào)道較少，而且主要方法是直接將岸基測波雷達(dá)技術(shù)直接應(yīng)用至船載雷達(dá)上，將計(jì)算出的海流結(jié)果消除船速影響即被認(rèn)為是真實(shí)海流。但此方法只考慮了船舶前行速度而沒有考慮其它因素，因此會導(dǎo)致海流以及海浪計(jì)算結(jié)果偏差較大。

至今為止，并沒有專門針對船載X波段測波雷達(dá)回波圖像預(yù)處理的方法。本發(fā)明技術(shù)可適用于能對海面/湖面波浪狀態(tài)進(jìn)行連續(xù)成像的系統(tǒng)，如X波段測波雷達(dá)，并且可應(yīng)用于各種不同X波段雷達(dá)機(jī)型。本發(fā)明的核心在船載X波段測波雷達(dá)海態(tài)信息提取，適用性廣，實(shí)用性強(qiáng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服了上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種能夠?qū)崿F(xiàn)對海上船舶運(yùn)動模型進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提供了對船載X波段測波雷達(dá)回波圖像序列進(jìn)行校正以滿足海態(tài)參數(shù)提取要求的船載X波段測波雷達(dá)回波圖像的預(yù)處理方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的船載X波段測波雷達(dá)回波圖像的預(yù)處理方法具有如下構(gòu)成：

該船載X波段測波雷達(dá)回波圖像的預(yù)處理方法，包括以下步驟：

(1)對船舶運(yùn)動形式進(jìn)行研究，將船舶在海上的運(yùn)動狀態(tài)定義為六個(gè)自由度的運(yùn)動：艏搖、橫搖、縱搖、垂蕩、橫蕩和縱蕩；

(2)根據(jù)船舶運(yùn)動狀態(tài)建立海上運(yùn)動模型，在不同運(yùn)動狀態(tài)下，對X波段測波雷達(dá)回波圖像的影響大小進(jìn)行評估；

(3)根據(jù)評估結(jié)果，將船舶艏搖和橫蕩的影響忽略不計(jì)；

(4)基于船舶垂蕩和縱蕩不影響雷達(dá)接收到的信號電平的事實(shí)，將船舶看作傳輸函數(shù)，船舶的橫搖、縱搖看作船舶對海浪擾動的響應(yīng)，計(jì)算接收到的信號電平損失；

(5)實(shí)時(shí)獲得實(shí)際距離分辨單元與參考距離分辨單元之間的偏移量，并對測波雷達(dá)回波圖像序列進(jìn)行校正以滿足后續(xù)海態(tài)參數(shù)反演要求。

較佳地，所述的對X波段測波雷達(dá)回波圖像的影響大小進(jìn)行評估，具體為：

將艏搖和橫蕩的影響忽略不計(jì)，將垂蕩定義為最大起伏高度小于20m，并將縱蕩定義為船舶以固定船速向前航行，并評估船舶的橫搖、縱搖、垂蕩和縱蕩對雷達(dá)回波的影響。

較佳地，所述的步驟(4)包括以下步驟：

(4-1)根據(jù)船舶的水動力設(shè)計(jì)和Conolly線性方程，將船舶看作傳輸函數(shù)，船舶的橫搖、縱搖看作船舶對海浪擾動的響應(yīng)，所述的Conolly線性方程表達(dá)式為：

其中，N_ψ為無因次阻尼衰減系數(shù)，I_ψ為橫搖相對橫搖軸的轉(zhuǎn)動慣量，ΔI_ψ為附加轉(zhuǎn)動慣量，D為船舶的排水量，h為船體橫搖心高，ψ、分別為橫搖角、橫搖角速度和橫搖角加速度，α_e為有效波傾角；

(4-2)對所述的Conolly線性方程進(jìn)行拉普拉斯變換，得到船體橫搖運(yùn)動的傳遞函數(shù)：

其中，s為拉普拉斯算子；

(4-3)將海浪有效波傾角的幅度α_e代入所述的體橫搖運(yùn)動的傳遞函數(shù)響應(yīng)系統(tǒng)，得到船舶的橫搖角ψ，根據(jù)以下公式計(jì)算有效波傾角的幅度α_e：

其中，γ為浪向角，ω_i為離散化的波浪頻率，Δω為離散化的海浪頻率分辨率；

(4-4)利用船舶姿態(tài)傳感器得到的船舶橫搖角ψ(t)、縱搖角根據(jù)以下公式計(jì)算當(dāng)測波雷達(dá)接收天線傾斜后，接收到的最大信號電平：

其中，E為發(fā)射水平電磁波極化矢量，分別表示水平方向和垂直方向，r為傳播方向，e^-jkr/4πr為路徑擴(kuò)散因子；h'為受船舶橫搖縱搖影響的接收水平電磁波極化矢量，V_oc為天線接收到的最大信號電平，h_i為未受船舶橫搖縱搖影響的原始接收水平電磁波極化矢量的大小，E_i為發(fā)射水平電磁波傅氏場的大小。

較佳地，所述的步驟(5)具體為：

忽略由船舶晃動而造成的測波雷達(dá)回波信號電平損失，根據(jù)雷達(dá)目標(biāo)探測原理，并通過設(shè)置于船舶的姿態(tài)傳感器設(shè)備得到的橫搖角ψ(t)、縱搖角垂蕩高度Δh和縱蕩速度v，實(shí)時(shí)獲得實(shí)際距離分辨單元與參考距離分辨單元之間的偏移量，對回波圖像進(jìn)行相應(yīng)搬移和插值處理，使不同時(shí)刻各個(gè)分辨單元對應(yīng)的實(shí)際海面位置在空間上對齊并對測波雷達(dá)回波圖像序列進(jìn)行校正。

較佳地，所述的海態(tài)參數(shù)反演，具體為：

船載X波段測波雷達(dá)天線架設(shè)高度已知，雷達(dá)有效探測范圍為600～4000m，對收集的N幀回波圖像序列進(jìn)行三維回波圖像序列譜分析，其中，N取值為2^m，m取值為大于或等于4的正整數(shù)，圖像距離單元分辨率取值為7.5m

較佳地，所述的步驟(5)后還包括步驟(6)：

(6)將岸基測波雷達(dá)海態(tài)參數(shù)提取方法應(yīng)用至經(jīng)過校正的圖像序列，以去除船體運(yùn)動對測波雷達(dá)的影響。

采用了該發(fā)明中的船載X波段測波雷達(dá)回波圖像的預(yù)處理方法，發(fā)展了船載X波段測波雷達(dá)技術(shù)，為運(yùn)動平臺下的X波段測波雷達(dá)提供了一種新方法；計(jì)算方法簡單，占用資源少；利用小型X波段雷達(dá)作為探測工具，具有全天候、低成本等優(yōu)點(diǎn)；不僅適用于X波段測波雷達(dá)，還適用于紅外及可見光海面成像雷達(dá)，具有廣泛的應(yīng)用范圍。

附圖說明

圖1本發(fā)明的船舶海面運(yùn)動坐標(biāo)系示意圖。

圖2本發(fā)明的最小船舶體積假設(shè)條件下的船體橫搖、縱搖角。

圖3本發(fā)明的由于極化方式失配造成的電平損失隨傾斜角變化情況的示意圖。

圖4本發(fā)明的船體垂蕩過程中雷達(dá)天線高度變化與海面回波位置對應(yīng)關(guān)系的示意圖。

圖5本發(fā)明的船體橫搖過程中雷達(dá)天線偏移與海面回波位置對應(yīng)關(guān)系的示意圖。

圖6本發(fā)明的船體縱搖過程中雷達(dá)天線偏移與海面回波位置對應(yīng)關(guān)系的示意圖。

圖7本發(fā)明的船體前行過程海面回波位置的示意圖。

圖8本發(fā)明的船體航行過程中雷達(dá)探測區(qū)域距離單元變化的示意圖。

圖9本發(fā)明的未受船舶運(yùn)動影響的雷達(dá)回波頻譜與回波校正后頻譜的對比圖。

圖10本發(fā)明的船載X波段測波雷達(dá)回波圖像的預(yù)處理方法的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

為了能夠更清楚地描述本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，下面結(jié)合具體實(shí)施例來進(jìn)行進(jìn)一步的描述。

該船載X波段測波雷達(dá)回波圖像的預(yù)處理方法，包括以下步驟：

(1)對船舶運(yùn)動形式進(jìn)行研究，將船舶在海上的運(yùn)動狀態(tài)定義為六個(gè)自由度的運(yùn)動：艏搖、橫搖、縱搖、垂蕩、橫蕩和縱蕩；

(2)根據(jù)船舶運(yùn)動狀態(tài)建立海上運(yùn)動模型，在不同運(yùn)動狀態(tài)下，對X波段測波雷達(dá)回波圖像的影響大小進(jìn)行評估；

(3)根據(jù)評估結(jié)果，將船舶艏搖和橫蕩的影響忽略不計(jì)；

(4)基于船舶垂蕩和縱蕩不影響雷達(dá)接收到的信號電平的事實(shí)，將船舶看作傳輸函數(shù)，船舶的橫搖、縱搖看作船舶對海浪擾動的響應(yīng)，計(jì)算接收到的信號電平損失；

(5)實(shí)時(shí)獲得實(shí)際距離分辨單元與參考距離分辨單元之間的偏移量，并對測波雷達(dá)回波圖像序列進(jìn)行校正以滿足后續(xù)海態(tài)參數(shù)反演要求。

在一種較佳的實(shí)施方式中，所述的對X波段測波雷達(dá)回波圖像的影響大小進(jìn)行評估，具體為：

將艏搖和橫蕩的影響忽略不計(jì)，將垂蕩定義為最大起伏高度小于20m，并將縱蕩定義為船舶以固定船速向前航行，并評估船舶的橫搖、縱搖、垂蕩和縱蕩對雷達(dá)回波的影響。

在一種較佳的實(shí)施方式中，所述的步驟(4)包括以下步驟：

(4-1)根據(jù)船舶的水動力設(shè)計(jì)和Conolly線性方程，將船舶看作傳輸函數(shù)，船舶的橫搖、縱搖看作船舶對海浪擾動的響應(yīng)，所述的Conolly線性方程表達(dá)式為：

其中，N_ψ為無因次阻尼衰減系數(shù)，I_ψ為橫搖相對橫搖軸的轉(zhuǎn)動慣量，ΔI_ψ為附加轉(zhuǎn)動慣量，D為船舶的排水量，h為船體橫搖心高，ψ、分別為橫搖角、橫搖角速度和橫搖角加速度，α_e為有效波傾角；

(4-2)對所述的Conolly線性方程進(jìn)行拉普拉斯變換，得到船體橫搖運(yùn)動的傳遞函數(shù)：

其中，s為拉普拉斯算子；

(4-3)將海浪有效波傾角的幅度α_e代入所述的體橫搖運(yùn)動的傳遞函數(shù)響應(yīng)系統(tǒng)，得到船舶的橫搖角ψ，根據(jù)以下公式計(jì)算有效波傾角的幅度α_e：

其中，γ為浪向角，ω_i為離散化的波浪頻率，Δω為離散化的海浪頻率分辨率；

(4-4)利用船舶姿態(tài)傳感器得到的船舶橫搖角ψ(t)、縱搖角根據(jù)以下公式計(jì)算當(dāng)測波雷達(dá)接收天線傾斜后，接收到的最大信號電平：

其中，E為發(fā)射水平電磁波極化矢量，分別表示水平方向和垂直方向，r為傳播方向，e^-jkr/4πr為路徑擴(kuò)散因子；h'為受船舶橫搖縱搖影響的接收水平電磁波極化矢量，V_oc為天線接收到的最大信號電平，h_i為未受船舶橫搖縱搖影響的原始接收水平電磁波極化矢量的大小，E_i為發(fā)射水平電磁波傅氏場的大小。

在一種較佳的實(shí)施方式中，所述的步驟(5)具體為：

忽略由船舶晃動而造成的測波雷達(dá)回波信號電平損失，根據(jù)雷達(dá)目標(biāo)探測原理，并通過設(shè)置于船舶的姿態(tài)傳感器設(shè)備得到的橫搖角ψ(t)、縱搖角垂蕩高度Δh和縱蕩速度v，實(shí)時(shí)獲得實(shí)際距離分辨單元與參考距離分辨單元之間的偏移量，對回波圖像進(jìn)行相應(yīng)搬移和插值處理，使不同時(shí)刻各個(gè)分辨單元對應(yīng)的實(shí)際海面位置在空間上對齊并對測波雷達(dá)回波圖像序列進(jìn)行校正。

在一種較佳的實(shí)施方式中，所述的海態(tài)參數(shù)反演，具體為：

船載X波段測波雷達(dá)天線架設(shè)高度已知，雷達(dá)有效探測范圍為600～4000m，對收集的N幀回波圖像序列進(jìn)行三維回波圖像序列譜分析，其中，N取值為2^m，m取值為大于或等于4的正整數(shù)，圖像距離單元分辨率取值為7.5m

在一種較佳的實(shí)施方式中，所述的步驟(5)后還包括步驟(6)：

(6)將岸基測波雷達(dá)海態(tài)參數(shù)提取方法應(yīng)用至經(jīng)過校正的圖像序列，以去除船體運(yùn)動對測波雷達(dá)的影響。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：

1.船舶運(yùn)動形式研究

如圖1所示，建立船舶運(yùn)動形式坐標(biāo)系來對船舶運(yùn)動形式進(jìn)行研究。其中Y軸箭頭方向定義為船艏方向，并且與雷達(dá)波束照射方向一致。圖a中船舶橫蕩、縱蕩、垂蕩表示船體分別沿著3個(gè)坐標(biāo)軸的水平與上下運(yùn)動，圖b中船舶縱搖、橫搖、艏搖表示船體分別沿著X、Y、Z三個(gè)軸旋轉(zhuǎn)，ψ(t)、θ(t)分別表示對應(yīng)著的縱搖角、橫搖角、艏搖角。

為了便于后文對船舶運(yùn)動模型的仿真研究，此處對船舶的運(yùn)動特性做如下簡化假設(shè)：

1)船舶六個(gè)自由度的運(yùn)動互相獨(dú)立，無耦合作用；

2)船舶周圍波浪為規(guī)則的波浪，船舶的重量與靜水浮力相平衡，船舶在靜水中是穩(wěn)定平衡的，并且這種平衡是靜穩(wěn)定的；

3)船舶由于自身推動力的影響，其航行方向基本不變，也即偏航或者艏搖運(yùn)動可以忽略不計(jì)；

4)船舶航行過程中，其自身推動力只影響航行速度(也即前后運(yùn)動)，并且引起船舶前后運(yùn)動的外力只有船體自身驅(qū)動力；

5)促使船舶其它形式搖蕩的外力主要為波浪力和船體搖蕩產(chǎn)生的水動力作用力，以及因船體偏離平衡位置而產(chǎn)生的靜水回復(fù)力，其它海洋環(huán)境因素忽略不計(jì)。

2.船舶運(yùn)動模型分析

船舶的六個(gè)自由度的運(yùn)動中，由于船舶自身驅(qū)動力和粘性效應(yīng)的存在以及天線旋轉(zhuǎn)周期較短，艏搖的影響可以忽略不計(jì)；而根據(jù)表一給出的船舶橫蕩的典型參數(shù)，船體橫蕩幅度相比較雷達(dá)回波圖像距離分辨單元而言非常小，因此橫蕩影響也可以忽略不計(jì)，船舶橫蕩典型參數(shù)信息如表1所示。

表1

船舶縱蕩過程可以簡單認(rèn)為船舶以固定船速向前航行。船舶垂蕩可以簡單理解為船舶隨著波浪的起伏過程，由于一般海面最大波高不高于10m，因此可以認(rèn)為船舶垂蕩最大起伏高度小于20m。

根據(jù)船舶的水動力設(shè)計(jì)和性能估算中主要采用的Conolly線性方程，將船舶當(dāng)作傳輸函數(shù)，船舶的橫搖、縱搖是船舶對海浪擾動的響應(yīng)，Conolly線性方程表達(dá)式如下：

其中，N_ψ為無因次阻尼衰減系數(shù)，I_ψ和ΔI_ψ分別為橫搖相對橫搖軸的轉(zhuǎn)動慣量和附加轉(zhuǎn)動慣量，D為船舶的排水量，h為船體橫搖心高，ψ、分別為橫搖角、橫搖角速度和橫搖角加速度，α_e為有效波傾角。

對公式(1)進(jìn)行拉普拉斯變換，可得船體橫搖運(yùn)動的傳遞函數(shù)：

其中，可以根據(jù)霍夫阿德公式和尼古拉也夫公式分別得出，s為拉普拉斯算子。

將海浪有效波傾角的幅度α_e輸入由傳遞函數(shù)響應(yīng)系統(tǒng)，即可得到船舶橫搖角。有效波傾角的幅度α_e表達(dá)式如下：

其中，γ為浪向角，ω_i為離散化的波浪頻率。

考慮小型船舶基本體積大小，得到10分鐘船舶橫搖、縱搖角如圖2所示，船舶的橫搖縱搖角基本上在20°以內(nèi)。

根據(jù)獲得的船舶橫搖縱搖角，可以得到當(dāng)測波雷達(dá)接收天線傾斜后，接收到的最大信號電平為：

其中，E為發(fā)射水平電磁波極化矢量，分別表示水平方向和垂直方向，傳播方向?yàn)閞，路徑擴(kuò)散因子為e^-jkr/4πr；h'為受船舶橫搖縱搖影響的接收水平電磁波極化矢量，h_i為未受船舶橫搖縱搖影響的原始接收水平電磁波極化矢量的大小，E_i為發(fā)射水平電磁波傅氏場大?。籚_oc為天線未傾斜時(shí)接收到的最大信號電平，它由入射電磁波與天線極化矢量的點(diǎn)積得來：

其中，h為未受船舶橫搖縱搖影響的接收水平電磁波極化矢量。

由式子4，天線在橫搖角和縱搖角分別為ψ和φ時(shí)由于極化方式失配造成的電平損失隨傾斜角變化情況如圖3所示。由分析結(jié)果可以得出，在最小船舶假設(shè)條件下，橫搖、縱搖角在20°的范圍內(nèi)，隨著傾角的變化而造成的電平損失較小。而且隨著橫搖、縱搖角的變小，相應(yīng)的電平損失也會減小，并且基本上損失在10％以內(nèi)，因此由于船舶晃動而造成的回波信號電平損失影響可以忽略不計(jì)。

3.船載雷達(dá)回波校正

假定船體在海面只存在垂蕩，船舶在海面上下運(yùn)動帶來的影響可以簡單表示為船上X波段測波雷達(dá)天線距離海平面高度的變化。圖4為船體垂蕩過程中雷達(dá)天線高度變化與海面回波位置對應(yīng)關(guān)系示意圖。H₁為船載X波段雷達(dá)天線距離海面原始高度，Δh為由于船體垂蕩導(dǎo)致天線上升高度，L為理想雷達(dá)探測目標(biāo)與天線的距離在水平面的投影，Δd為由于天線高度變化導(dǎo)致的真實(shí)探測位置與原始目標(biāo)位置的差異值。根據(jù)X波段測波雷達(dá)目標(biāo)探測原理，雷達(dá)根據(jù)發(fā)射與接收信號之時(shí)間差來判斷目標(biāo)位置，因此圖中理想目標(biāo)距離天線直線距離D₁與真實(shí)探測目標(biāo)距離天線直線距離D₂是相等的。根據(jù)下式：

H₁²+L²＝(H+Δh)²+(L-Δd)²……(5)

即可以得到由于船舶垂蕩導(dǎo)致的偏移量Δd。假設(shè)天線高度H設(shè)定為20m，探測目標(biāo)距離雷達(dá)水平距離L為2000m，已經(jīng)分析得到的天線垂蕩最大上升高度Δh為20m?？梢郧蟪靓為0.3m，也即真實(shí)探測位置與理想位置的最大偏差遠(yuǎn)小于測波雷達(dá)最小距離分辨單元，故由船體上下運(yùn)垂蕩引起的誤差可以忽略不計(jì)。

同理，假定船體在海面只存在橫搖，此時(shí)船舶在海面運(yùn)動帶來的影響可以簡單表示為船上X波段測波雷達(dá)天線沿著X-Z平面與Z軸的偏移。在天線偏移過程中，假定天線距離海面高度不變，則實(shí)際探測位置相較于理想位置近似于橫向移動。圖5為船體橫搖過程中雷達(dá)天線偏移與海面回波位置對應(yīng)關(guān)系示意圖。H₂為偏移后的X波段雷達(dá)天線距離原點(diǎn)長度，這里假定偏移后的天線距離海面高度也為H₂，并且H₁與H₂相等。ψ(t)為由于船體橫搖導(dǎo)致天線偏移角度，L₁為真實(shí)雷達(dá)探測位置與天線的距離在水平面的投影，L與L₁相等。根據(jù)下式：

Δd≈H×sin(ψ(t))……(6)

可以得到由于船舶橫搖導(dǎo)致的偏移量Δd。

同理，假定船體在海面只存在縱搖，此時(shí)船舶在海面運(yùn)動帶來的影響可以簡單表示為船上X波段測波雷達(dá)天線沿著Y-Z平面的與Z軸方向的偏移。在天線偏移過程中，天線距離原點(diǎn)距離不變，則實(shí)際探測位置相較于理想位置近似于縱向移動。圖6為船體縱搖過程中雷達(dá)天線偏移與海面回波位置對應(yīng)關(guān)系示意圖。為由于船體縱搖導(dǎo)致天線偏移角度。根據(jù)下式：

可以得到由于船舶橫搖導(dǎo)致的偏移量:

同理，假定船體在海面只存在縱蕩，船舶航行過程中，假設(shè)航行方向不變，而且船體不存在其它運(yùn)動形式。根據(jù)船行駛速度v以及天線旋轉(zhuǎn)周期Δt即可以得到連續(xù)兩幅回波圖之間的偏移距離，然后對這兩幅圖進(jìn)行相應(yīng)平移，即可得到不同時(shí)刻同一區(qū)域的海面回波圖。圖7為船體航行過程海面回波位置示意圖，圖中Y軸方向?yàn)榇叫蟹较?，每幀圖像之間位移距離為Δt×v，對于用來進(jìn)行三維傅里葉分析的N幅回波圖像，第N幅圖像相較于第一幅回波圖像總共偏移距離為N×Δt×v。X波段測波雷達(dá)有效探測范圍為600～4000m，為了保證每次進(jìn)行海浪分析所選取的矩形是對應(yīng)著同一海域，在N幅矩形圖像采集過程中，所有圖像選取應(yīng)在雷達(dá)探測范圍內(nèi)。

由于只用考慮船體橫搖、縱搖以及縱蕩這三種船體運(yùn)動狀態(tài)。圖8為船體航行過程中雷達(dá)探測區(qū)域距離單元變化示意圖，藍(lán)色為理想探測區(qū)域，紅色為實(shí)際偏移后的區(qū)域，黑色箭頭表示整體偏移方向。根據(jù)實(shí)時(shí)橫搖、縱搖角以及船速信息，利用前面計(jì)算各個(gè)偏移量的方法，可以得到每幀圖像偏移理想位置的距離以及方位信息。對回波圖像進(jìn)行相應(yīng)搬移以及插值處理，可以使不同時(shí)刻各個(gè)分辨單元對應(yīng)的實(shí)際海面位置在空間上對齊。

4.結(jié)果分析

利用本發(fā)明提出的一種船載X波段測波雷達(dá)回波圖像預(yù)處理方法來消除船體運(yùn)動的影響，將原始圖像序列以及校正后的圖像序列分別進(jìn)行無向浪高譜提取，得到原始未受船只運(yùn)動影響、受船只運(yùn)動影響后以及回波圖像運(yùn)動校正后的無向浪高譜對比圖如圖9所示。由圖中結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，受船舶運(yùn)動的影響，此時(shí)從雷達(dá)回波圖像序列中提取的海浪一維頻譜展寬嚴(yán)重，而且分析出來的主波頻率偏離原始主波頻率值較大。從經(jīng)過回波校正后的雷達(dá)圖像序列中提取的一維頻譜展寬有所抑制，與原始一維頻譜曲線更為吻合，并且此時(shí)分析出來的主波頻率與原始主波頻率值基本一致。通過結(jié)果對比，確定了本發(fā)明的可行性與有效性。圖10所示為本發(fā)明的流程圖。

采用了該發(fā)明中的船載X波段測波雷達(dá)回波圖像的預(yù)處理方法，發(fā)展了船載X波段測波雷達(dá)技術(shù)，為運(yùn)動平臺下的X波段測波雷達(dá)提供了一種新方法；計(jì)算方法簡單，占用資源少；利用小型X波段雷達(dá)作為探測工具，具有全天候、低成本等優(yōu)點(diǎn)；不僅適用于X波段測波雷達(dá)，還適用于紅外及可見光海面成像雷達(dá)，具有廣泛的應(yīng)用范圍。

在此說明書中，本發(fā)明已參照其特定的實(shí)施例作了描述。但是，很顯然仍可以作出各種修改和變換而不背離本發(fā)明的精神和范圍。因此，說明書和附圖應(yīng)被認(rèn)為是說明性的而非限制性的。