X 波段雷達浪高測量設備參數標定方法

黃 健

（中國人民解放軍92493 部隊98 分隊）

0 引言

海洋波動是海水重要的運動形式之一。 海浪作為海洋中的重要運動現象, 對人類在海上活動及近岸活動有著巨大影響,有必要實時監測海浪的變化并研究其運動規律。 因此,海浪監測已經納入海洋業務化觀測。近幾十年來,隨著人類對海洋的開發活動不斷增加, 大大促進了海洋觀測方法的研究和儀器設備的研制。到目前為止,已經出現了各式各樣的測波儀器和方法，基于X 波段導航雷達使用遙感技術測量海況的海浪測量設備就是其中之一。目前國際上知名的X 波段海浪測量設備有德國的WaMosⅡ和挪威的WAVEX。

1 X 波段雷達測波原理

X 波段導航海雷達不僅可用于監視海上移動目標, 而且也可以用來進行海浪和海流的測量,其原理是:當X 波段雷達波入射到海面時,那些與雷達波長相當的、由風引起的毛細波產生布拉格散射, 同時又被較長的重力波調制, 形成雷達回波。 回波信息強度也隨位置的變化形成強、弱相隔區域,看似波浪。 通過分析來自海洋表面、雷達接收的反向散射信息（海面回波）隨時空的演變,可以得到清晰的、實時的方向波浪譜和表面海流的信息。 分析該海浪譜，可以獲得實時的海浪參數。

2 浪高測量設備標定方法

圖1 浮標－WaMOSⅡ散點圖

以下，結合實測一組數據說明浪高標定方法。

首先使用EXCEL 做出測試海域浮標－WaMOSⅡ整點有效波高值的散點圖， 如圖1， 求出趨勢線公式y=1.2972x－0.287。依據雷達測波理論，有效波高與信噪比成線性關系，計算公式為

其中Hs 為有效波高，a 為截距，b 為斜率，SNR 為信噪比。

標校前WaMOSⅡ設備輸入的參數為a=0.7,b=0.018,將：

代入公式：

y=1.2972x－0.287

整理后得：

圖2 標校前浮標、WaMOSⅡ和被試設備有效波高變化曲線

圖3 標校后浮標、WaMOSⅡ和被試設備有效波高變化曲線

表1 WaMOSⅡ和被試設備標校前和標校后誤差對比表

求得a=0.62,b=0.023。 根據WaMOSⅡ的使用經驗，如果斜率太大會導致高端變化太快， 影響高端有效波高的修正，取b＝0.022 更為合理， 于是得到調整優化后的標校公式y=1.22x-0.12，從而得到a=0.73, b＝0.022，將其做為最終的標校結果，并輸入到WaMOSⅡ設置參數里。

用此方法對浪高測量設備（以下稱：被試設備）進行標校，可得到被試設備截距aa=-0.79,斜率bb＝1.046。

圖2、 圖3 分別繪出了浮標、WaMOSⅡ和被試設備標校前和標校后的有效波高變化曲線，從圖中可以看出三條曲線在標校后比標校前符合得更好。 表1 給出了標校前和標校后誤差的變化， 從表中可以看出WaMOSⅡ在標校后誤差明顯變小了。 說明標校結果是合理的。