X 波段雷達(dá)浪高測(cè)量設(shè)備參數(shù)標(biāo)定方法

黃 健

（中國(guó)人民解放軍92493 部隊(duì)98 分隊(duì)）

0 引言

海洋波動(dòng)是海水重要的運(yùn)動(dòng)形式之一。 海浪作為海洋中的重要運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象, 對(duì)人類在海上活動(dòng)及近岸活動(dòng)有著巨大影響,有必要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)海浪的變化并研究其運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 因此,海浪監(jiān)測(cè)已經(jīng)納入海洋業(yè)務(wù)化觀測(cè)。近幾十年來(lái),隨著人類對(duì)海洋的開(kāi)發(fā)活動(dòng)不斷增加, 大大促進(jìn)了海洋觀測(cè)方法的研究和儀器設(shè)備的研制。到目前為止,已經(jīng)出現(xiàn)了各式各樣的測(cè)波儀器和方法，基于X 波段導(dǎo)航雷達(dá)使用遙感技術(shù)測(cè)量海況的海浪測(cè)量設(shè)備就是其中之一。目前國(guó)際上知名的X 波段海浪測(cè)量設(shè)備有德國(guó)的WaMosⅡ和挪威的WAVEX。

1 X 波段雷達(dá)測(cè)波原理

X 波段導(dǎo)航海雷達(dá)不僅可用于監(jiān)視海上移動(dòng)目標(biāo), 而且也可以用來(lái)進(jìn)行海浪和海流的測(cè)量,其原理是:當(dāng)X 波段雷達(dá)波入射到海面時(shí),那些與雷達(dá)波長(zhǎng)相當(dāng)?shù)?、由風(fēng)引起的毛細(xì)波產(chǎn)生布拉格散射, 同時(shí)又被較長(zhǎng)的重力波調(diào)制, 形成雷達(dá)回波。 回波信息強(qiáng)度也隨位置的變化形成強(qiáng)、弱相隔區(qū)域,看似波浪。 通過(guò)分析來(lái)自海洋表面、雷達(dá)接收的反向散射信息（海面回波）隨時(shí)空的演變,可以得到清晰的、實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)的海浪參數(shù)。

2 浪高測(cè)量設(shè)備標(biāo)定方法

圖1 浮標(biāo)－WaMOSⅡ散點(diǎn)圖

以下，結(jié)合實(shí)測(cè)一組數(shù)據(jù)說(shuō)明浪高標(biāo)定方法。

首先使用EXCEL 做出測(cè)試海域浮標(biāo)－WaMOSⅡ整點(diǎn)有效波高值的散點(diǎn)圖， 如圖1， 求出趨勢(shì)線公式y(tǒng)=1.2972x－0.287。依據(jù)雷達(dá)測(cè)波理論，有效波高與信噪比成線性關(guān)系，計(jì)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(biāo)校前WaMOSⅡ設(shè)備輸入的參數(shù)為a=0.7,b=0.018,將：

代入公式：

y=1.2972x－0.287

整理后得：

圖2 標(biāo)校前浮標(biāo)、WaMOSⅡ和被試設(shè)備有效波高變化曲線

圖3 標(biāo)校后浮標(biāo)、WaMOSⅡ和被試設(shè)備有效波高變化曲線

表1 WaMOSⅡ和被試設(shè)備標(biāo)校前和標(biāo)校后誤差對(duì)比表

求得a=0.62,b=0.023。 根據(jù)WaMOSⅡ的使用經(jīng)驗(yàn)，如果斜率太大會(huì)導(dǎo)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(diào)整優(yōu)化后的標(biāo)校公式y(tǒng)=1.22x-0.12，從而得到a=0.73, b＝0.022，將其做為最終的標(biāo)校結(jié)果，并輸入到WaMOSⅡ設(shè)置參數(shù)里。

用此方法對(duì)浪高測(cè)量設(shè)備（以下稱：被試設(shè)備）進(jìn)行標(biāo)校，可得到被試設(shè)備截距aa=-0.79,斜率bb＝1.046。

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