1.一种基于双子脉冲重构的海浪波谱仪交叉谱计算方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一、以波谱仪雷达波束旋转至方位角 时接收的、经过“解线性调频”后的时域复信号 为输入信号,利用“双子脉冲重构法”分离出两个“子脉冲”,即子脉冲I与子脉冲II,对应的时域复信号 与 其中:t表示时间,下标n表示第n个脉冲,上标“decp”表示“解线性调频”;
步骤二、利用傅里叶变换对信号 与信号 进行距离成像,得到两个功率调制函数 与
其中: 与 分别表示子脉冲I与子脉冲II对应的功率调制函数,表示经“双子脉冲重构法”分离出的子脉冲I对应的时域复信号, 表示经“双子脉冲重构法”分离出的子脉冲II对应的时域复信号,FT{·}表示傅里叶变换算子,2
|·|表示取绝对值的平方,f表示频率,N表示波谱仪雷达波束旋转至方位角 时接收回波信号的脉冲总数;
步骤三、对N个功率调制函数对 与 进行脉冲平均,分别得到平均后的子脉冲I与子脉冲II的功率调制函数 和步骤四、根据下式所示的坐标变换关系,将调制函数 与 从频率坐标f变换到斜距坐标r,分别得到两个新的功率调制函数 与其中,r为斜距坐标,c表示光速,Kr为线性调频信号的调频率,r0为雷达波束海面足印中心位置到雷达的斜距距离,下标“sr”表示“斜距”;
步骤五、根据步骤四得到的功率调制函数 和 通过以下公式分别对子脉冲I和II的功率调制函数进行天线方向图的校正:其中, 和 分别表示天线方向图校正后的子脉冲I和子脉冲II的斜距调制函数, 表达式为:
其中Pt是雷达发射功率,Gt和Gr分别是雷达天线发射和接收增益,Ω是波束内天线增益的立体角,λ是电磁波波长,S是波束足印内斜距分辨率所覆盖的面积;
步骤六、将子脉冲I的斜距调制函数 通过以下公式进行最小二乘拟合,得到一个二次多项式函数
二次多项式的三个系数a′、b′与c′由以下两式得到,其中:A′,B′与C′表示函数F′(A′,B′,C′)的三个自变量,min[F′(A′,B′,C′)]表示取函数F′(A′,B′,C′)的最小值, 表示取不同的A′,B′,C′,使得函数F′(A′,B′,C′)最小化的自变量;
将子脉冲II的斜距调制函数 以同样方式进行最小二乘拟合,得到二次多项式函数 对两个二次多项式平均,得到一个平均后的二次多项式步骤七、通过以下公式对子脉冲I和II的调制函数 和 进行标准化处理,
其中: 和 分别为子脉冲I和II标准化处理后的斜距调制函数;
步骤八、将 和 从“斜距坐标r”转换成“地距坐标x”,分别得到地距调制信号 和
步骤九、针对该波束足印内的地距调制信号 和 按照d米的地距进行分段,得到子脉冲I对应的 套地距调制信号 与子脉冲II对应的 套地距调制信号 其中分段数目 根据卫星高度和波束中心轴线入射角计算为:
其中:θ1和θ2分别是该波束地面足印在距离向近距离和远距离端点的入射角,h为卫星到海面的垂向距离,d为进行分段后的信号在地距长度;
步骤十、将所有 划分的 套地距调 制信号 和分别进行交叉谱计算,得到 个交叉谱,并提取实部得到单个交叉谱,采用如下公式计算:
*
其中,FT|·|表示傅里叶变换后取复共轭,k表示波数,Real[·]表示取复数的实部;
步骤十一、通过以下公式,将相邻方位角为 的三个波束内的个交叉谱进行平均,得到交叉谱:其中: 为平均后的交叉谱, 为步骤十中的一侧交叉谱实部,步骤十中的另一侧交叉谱实部, 为相邻波束之间的方位角之差;
步骤十二、根据下式,对上一步得到的交叉谱进行雷达脉冲响应谱校正,得到调制谱,其中: 为调制谱, 为雷达脉冲响应谱;
步骤十三、通过以下公式将调制谱转换成海浪斜率谱:其中, 为海浪斜率谱, 为入射角为θ的波束的调制传递函数,βφ为波束方位向宽度,yθ为步骤六中拟合的二次多项式 取r=h/cosθ处的值。
2.根据权利要求1所述一种基于双子脉冲重构的海浪波谱仪交叉谱计算方法,其特征在于,所述步骤一的具体步骤如下:步骤1‑1、对波谱仪雷达波束旋转至方位角 时接收的、经过“解线性调频”后的、第n个脉冲时域复信号 进行傅里叶变换,得到频率域信号其中:f表示频率,Fs为“解线性调频”后模拟信号的采样频率, 为频率域信号;
步骤1‑2、对关于f的离散信号 进行“前后补零”操作,使之变为信号其中: 为前后补零之后的离散信号,01×M为一个M个元素全为0的行向量,而M的具体值的选择依据为:使得补零后的信号 的支撑域为 其中B为波谱仪雷达发射线性调频信号的带宽;
步骤1‑3、对 进行傅里叶逆变换,得到信号其中: 为傅里叶逆变换之后的,IFT{·}表示傅里叶逆变换算子;
步骤1‑4、根据下式对 进行“线性调频化”操作,得到信号其中: 表示线性调频后的信号,t表示时间,Kr表示线性调频信号的调频率,j表示虚数单位,t0的表达式为:t0=2r0/c
上式中,r0为雷达波束在海面的覆盖区域的中心位置到雷达的斜距距离,c为光速;
步骤1‑5、对 进行傅里叶变换,得到信号其中: 表示傅里叶变换后的频率域信号;
步骤1‑6、利用两个窗函数分别取出信号 的正频率部分与负频率部分,重构出两个子脉冲信号 与
其中: 与 分别表示重构出的子脉冲I与子脉冲II频率域的信号,窗函数 的表达式如下:
其中:
步骤1‑7、对信号 与 进行傅里叶逆变换,分别得到信号 与其中: 与 分别为子脉冲I与子脉冲II时域的信号;
步骤1‑8、对信号 与 进行“解线性调频”操作,分别得到信号与
其中: 与 分别为“解线性调频”后的子脉冲I与子脉冲II的时域信号。
3.根据权利要求1所述一种基于双子脉冲重构的海浪波谱仪交叉谱计算方法,其特征在于:步骤十二中所述 具体表达式为:其中:B为发射线性调频信号的带宽,θ为雷达波束的入射角,δX为波谱仪入射角为θ的波束足印的地距分辨率。