技术特征：
1.一种基于x波段导航雷达图像的有效波高反演方法，其特征在于，包括以下步骤：采集原始导航雷达图像，根据原始导航雷达图像分别选取基于谱分析技术的分析区域和阴影统计法的分析区域；对选取的所述基于阴影统计法的分析区域进行边缘检测，得出雷达图像的阴影分割阈值；利用雷达图像的阴影分割阈值获取阴影图像，计算分析区域中的阴影比例，得出每个分区的阴影比例函数；根据史密斯函数和所述阴影比例函数进行均方根波陡的计算，得到均方根波陡；对选取的所述基于谱分析技术的分析区域图像序列进行三维傅立叶变换后得到波数频率谱，利用色散带通滤波器对其进行滤波处理，再通过调制传递函数修正后得到海浪谱，提取主波波数；根据所述均方根波陡和所述主波波数，得出有效波高。2.根据权利要求1所述的基于x波段导航雷达图像的有效波高反演方法，其特征在于，选取所述基于谱分析技术的分析区域时，选取的分析区域至少包含3个完整的海浪波形。3.根据权利要求2所述的基于x波段导航雷达图像的有效波高反演方法，其特征在于，对选取所述基于阴影统计法的雷达图像分析区域进行边缘检测的具体步骤为：对雷达图像i(r,θ)在相邻的8个方向上分别基于差分算子进行卷积运算，得到不同方向上的梯度图像i
i
；选取前n％对应的所述雷达图像的像元值作为阈值t
i
，对得到的梯度图像i
i
进行边缘提取；边缘提取的计算公式为：通过将八个不同方向上提取的边缘图像进行叠加，得到完整的边缘图像；完整的边缘图像的计算公式为：4.根据权利要求3所述的基于x波段导航雷达图像的有效波高反演方法，其特征在于，所述雷达图像阴影分割阈值的具体计算步骤为：将所述边缘图像i
t
的每一个孤立的1，找到在该位置处原始导航雷达图像的像元值η，通过边缘图像与原始导航雷达图像之间的对应关系建立一个图像直方图函数f
h
(η)，对f
h
(η)取众数，得到阴影分割阈值τ
s
；阴影分割阈值τ
s
计算公式为：τ
s
＝mode(f
h
(η))
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)。5.根据权利要求1或3所述的基于x波段导航雷达图像的有效波高反演方法，其特征在于，得出所述每个分区的阴影比例函数的具体步骤为：利用所述阴影阈值τ
s
将原始导航雷达图像分割成阴影区和非阴影区，阴影图像i
s
的计
算公式为：将所述阴影图像在方位向上分割成区，并将阴影图像按35～50m的径向步长平均分割为固定的块数；通过计算每个分割块中的阴影比例，得到每个分区的阴影比例函数s(θ)。6.根据权利要求5所述的基于x波段导航雷达图像的有效波高反演方法，其特征在于，得到所述均方根波陡的具体步骤为：将所述边缘图像分割区的每一块阴影比例函数s(θ)拟合估计，得到每个分区的均方根波陡σ
rms
；将方位向上每个分区中的波陡进行平均，得到平均均方根波陡，其计算公式如下：其中，m为阴影图像分割成的区的总数。7.根据权利要求6所述的基于x波段导航雷达图像的有效波高反演方法，其特征在于，所述雷达图像序列的波数频率谱的具体计算步骤为：将所述选取的分析区域雷达图像序列η(x,y,t)进行三维傅里叶变换得到三维波数频率图像谱f(k
x
,k
y
,ω)，其计算公式为：其中，l
x
*l
y
为选取的分析区域，雷达图像序列总时间为t；为波数，ω为角频率；三维波数频率能量谱的表达式为：8.根据权利要求7所述的基于x波段导航雷达图像的有效波高反演方法，其特征在于，利用所述色散带通滤波器对其进行滤波处理的具体步骤为：对所述雷达图像序列进行三维傅里叶变换后，得到三维波数频率图像谱，假定在选定的区域内，海表面的浪场在空间上匀质和在时间上平稳；在线性波理论基础下，海浪满足的色散关系为：其中，g为重力加速度，为波数，λ为海浪波长，d为水深；为相对于雷达天线平台运动的海表层流，所述通过调制传递函数修正后得到海浪谱的具体步骤为：对三维波数频率能量谱i(k
x
,k
y
,ω)进行滤波处理后，对频率ω进行积分得到二维图像
谱i(k
x
,k
y
)，利用经验调制传递函数对二维图像谱i(k
x
,k
y
)进行修正：e(k
x
,k
y
)＝|m(k
x
,k
y
)|2·
i(k
x
,k
y
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)；其中，|m(k
x
,k
y
)|2为经验调制传递函数，e(k
x
,k
y
)为二维海浪谱；调制传递函数为：|m(k
x
,k
y
)|2≈k-β
其中，β＝1.2为经验系数。9.根据权利要求8所述的基于x波段导航雷达图像的有效波高反演方法，其特征在于，提取所述主波波数的具体步骤为：笛卡尔坐标下的海浪谱e(k
x
,k
y
)与极坐标下的海浪谱e(k,θ)的关系为：e(k,θ)＝e(k
x
,k
y
)k
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)；其中：θ＝arctan2(k
y
,k
x
)+2π；arctan2(
·
)为反正切函数；寻找海浪谱e(k,θ)中能量最大值对应的位置，即为主波波数k
m
。10.根据权利要求9所述的基于x波段导航雷达图像的有效波高反演方法，其特征在于，得出所述有效波高的具体计算步骤为：有效波高h
s
与均方根波陡和主波波数k
m
的关系为：其中，c为经验系数。
技术总结
本发明涉及图像反演技术领域，具体涉及一种基于X波段导航雷达图像的有效波高反演方法；步骤为：根据采集的原始导航雷达图像分别选取谱分析技术和阴影统计法的分析区域；对阴影统计法的分析区域进行边缘检测，得出阴影分割阈值；利用雷达图像的阴影分割阈值获取阴影图像，进而计算分析区域中的阴影比例，得出阴影比例函数；根据史密斯函数和阴影比例函数进行均方根波陡的计算，得到均方根波陡；基于谱分析技术计算雷达图像序列的波数频率谱，利用色散带通滤波器对其进行滤波处理，得到海浪谱，提取主波波数；根据均方根波陡和主波波数得出有效波高。本发明的目的是解决现有波高反演方法需要外部参考设备进行标定，导致反演波高的精度低的问题。高的精度低的问题。
技术研发人员：卫延波 陈菲 张莹文 雷毅飞 连瑞瑶 石睿
受保护的技术使用者：洛阳师范学院
技术研发日：2022.03.25
技术公布日：2022/7/21