X 波段雷达浪高测量设备参数标定方法

黄 健

（中国人民解放军92493 部队98 分队）

0 引言

海洋波动是海水重要的运动形式之一。 海浪作为海洋中的重要运动现象, 对人类在海上活动及近岸活动有着巨大影响,有必要实时监测海浪的变化并研究其运动规律。 因此,海浪监测已经纳入海洋业务化观测。近几十年来,随着人类对海洋的开发活动不断增加, 大大促进了海洋观测方法的研究和仪器设备的研制。到目前为止,已经出现了各式各样的测波仪器和方法，基于X 波段导航雷达使用遥感技术测量海况的海浪测量设备就是其中之一。目前国际上知名的X 波段海浪测量设备有德国的WaMosⅡ和挪威的WAVEX。

1 X 波段雷达测波原理

X 波段导航海雷达不仅可用于监视海上移动目标, 而且也可以用来进行海浪和海流的测量,其原理是:当X 波段雷达波入射到海面时,那些与雷达波长相当的、由风引起的毛细波产生布拉格散射, 同时又被较长的重力波调制, 形成雷达回波。 回波信息强度也随位置的变化形成强、弱相隔区域,看似波浪。 通过分析来自海洋表面、雷达接收的反向散射信息（海面回波）随时空的演变,可以得到清晰的、实时的方向波浪谱和表面海流的信息。 分析该海浪谱，可以获得实时的海浪参数。

2 浪高测量设备标定方法

图1 浮标－WaMOSⅡ散点图

以下，结合实测一组数据说明浪高标定方法。

首先使用EXCEL 做出测试海域浮标－WaMOSⅡ整点有效波高值的散点图， 如图1， 求出趋势线公式y=1.2972x－0.287。依据雷达测波理论，有效波高与信噪比成线性关系，计算公式为

其中Hs 为有效波高，a 为截距，b 为斜率，SNR 为信噪比。

标校前WaMOSⅡ设备输入的参数为a=0.7,b=0.018,将：

代入公式：

y=1.2972x－0.287

整理后得：

图2 标校前浮标、WaMOSⅡ和被试设备有效波高变化曲线

图3 标校后浮标、WaMOSⅡ和被试设备有效波高变化曲线

表1 WaMOSⅡ和被试设备标校前和标校后误差对比表

求得a=0.62,b=0.023。 根据WaMOSⅡ的使用经验，如果斜率太大会导致高端变化太快， 影响高端有效波高的修正，取b＝0.022 更为合理， 于是得到调整优化后的标校公式y=1.22x-0.12，从而得到a=0.73, b＝0.022，将其做为最终的标校结果，并输入到WaMOSⅡ设置参数里。

用此方法对浪高测量设备（以下称：被试设备）进行标校，可得到被试设备截距aa=-0.79,斜率bb＝1.046。

图2、 图3 分别绘出了浮标、WaMOSⅡ和被试设备标校前和标校后的有效波高变化曲线，从图中可以看出三条曲线在标校后比标校前符合得更好。 表1 给出了标校前和标校后误差的变化， 从表中可以看出WaMOSⅡ在标校后误差明显变小了。 说明标校结果是合理的。