本發(fā)明屬于無線電海洋遙感和數(shù)字信號處理領(lǐng)域，具體涉及一種基于高頻地波雷達海流結(jié)果空時特征的干擾抑制方法。
背景技術(shù)：
：高頻地波雷達(HighFrequencySurfaceWaveRadar,HFSWR)利用短波(3-30MHz)在海洋表面繞射傳播衰減小的特點可以大面積、全天候、時實的給出觀測海域的表層海流結(jié)果。高頻地波雷達觀測得到的表面流場經(jīng)過大量的海上對比實驗，驗證了海流的準確性，推動了高頻地波雷達海流觀測的業(yè)務(wù)化運行，為研究當(dāng)?shù)氐牧鲌隹諘r特性提供了很好的數(shù)據(jù)支持。高頻地波雷達具有造價低廉，空時分辨率高等優(yōu)勢。因此，高頻地波雷達是專屬經(jīng)濟區(qū)最廉價有效的監(jiān)測工具，具有非常廣泛的市場前景。然而在實際運行的過程中，由于存在各種干擾(電離層干擾、瞬態(tài)干擾等)，導(dǎo)致高頻地波雷達海流結(jié)果存在明顯異于正常值的結(jié)果，嚴重影響了高頻地波雷達海流觀測結(jié)果的使用。傳統(tǒng)的干擾抑制方法如AR模型線性預(yù)測方法等在抑制干擾的同時也破壞了準確的高頻地波雷達海流結(jié)果的空時特征，同時其計算復(fù)雜度高且難以工程應(yīng)用。技術(shù)實現(xiàn)要素：有鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于高頻地波雷達海流結(jié)果空時特征的干擾抑制方法，該方法能夠與現(xiàn)有的干擾抑制算法形成互補，提高高頻地波雷達海流結(jié)果的準確性。為了達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種基于高頻地波雷達海流結(jié)果空時特征的干擾抑制方法，包含如下步驟：步驟一、由所述高頻地波雷達觀測得到海流場數(shù)據(jù)，所述海流場數(shù)據(jù)為由多個空間點組成的網(wǎng)格數(shù)據(jù)，利用空間和時間插值算法補齊所述海流場數(shù)據(jù)的缺失網(wǎng)格點并構(gòu)建協(xié)方差矩陣。步驟二、對協(xié)方差矩陣進行特征分解得到各網(wǎng)格點對應(yīng)的空間特征向量和時間系數(shù)序列。步驟三、對每個網(wǎng)格點的空間特征向量在空間上進行干擾去除。步驟四、對每個網(wǎng)格點時間系數(shù)序列進行干擾去除。步驟五、根據(jù)設(shè)定的累積方差貢獻率的閾值S來判定主要模態(tài)數(shù)l。步驟六、利用干擾去除后的特征向量和時間系數(shù)對前l(fā)個模態(tài)進行重構(gòu)，重構(gòu)后獲得經(jīng)干擾抑制后的數(shù)據(jù)。進一步地，利用空間和時間插值算法補齊所述海流場數(shù)據(jù)缺失結(jié)果的具體方法為：空間差值算法為：對于海流空間序列中的缺失網(wǎng)格點，首先找出該缺失網(wǎng)格點周圍3×3范圍內(nèi)其它8個網(wǎng)格點的數(shù)據(jù)缺失率，如果缺失率在62.5％以上，則該網(wǎng)格點無法補齊，不對該網(wǎng)格點進行插值處理；如果數(shù)據(jù)缺失率在62.5％以下，采用海流空間序列中存在的網(wǎng)格點數(shù)據(jù)進行反距離加權(quán)平均，得到缺失網(wǎng)格點的海流空間數(shù)據(jù)。時間差值算法具體為：對于海流時間序列，對缺失數(shù)據(jù)的時段采用后推12.4小時的數(shù)據(jù)來插補；若后推12.4小時的數(shù)據(jù)也空缺，則采用前推的12.4小時數(shù)據(jù)，對于后推和前推都無法補齊的時段，利用三次樣條插值進行補齊。進一步地，步驟三具體為：對于空間特征向量，分別計算每個網(wǎng)格點周圍3×3范圍內(nèi)網(wǎng)格點的空間特征向量，并計算所有網(wǎng)格點的空間特征向量的均值與標準差，將空間特征向量與均值之差的絕對值大于標準差的2倍的網(wǎng)格點的空間特征向量值用空間特征向量的均值代替，獲得經(jīng)干擾去除后的空間特征向量。進一步地，步驟四具體為：對于每個網(wǎng)格點的時間系數(shù)序列，計算其均值和標準差，將該網(wǎng)格點時間系數(shù)序列中與均值之差的絕對值大于標準差的2倍的數(shù)值用該網(wǎng)格點的時間系數(shù)的均值替代，獲得經(jīng)干擾去除后的時間系數(shù)序列。有益效果：1、本發(fā)明利用高頻地波雷達海流結(jié)果的空時特征進行干擾抑制，不依賴于先驗知識，具有很好的魯棒性，干擾抑制后得到的海流結(jié)果準確可信；2、本發(fā)明不僅適用于高頻地波雷達，還適用于天波雷達以及其它各種通過海洋回波進行海流反演的雷達及設(shè)備。附圖說明附圖1為本發(fā)明的算法流程圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖并舉實施例，對本發(fā)明進行詳細描述。實施例1、步驟一、設(shè)高頻地波雷達觀測得到的海流場為U(Χm,tn)＝u(Χm,tn)+jv(Χm,tn)，其中Χm＝(x,y)，m＝1-M，代表M個空間點的坐標。n＝1-N，代表時間序列長度為N。j＝(-1)1/2,表示虛數(shù)。u,v分別為海流的東分量和北分量。對于空間上的每一場的缺失值，首先找出該缺失值網(wǎng)格點周圍3×3范圍內(nèi)其它8個網(wǎng)格點的數(shù)據(jù)缺失率，如果數(shù)據(jù)缺失率在62.5％以上，亦即8個網(wǎng)格點中有5個數(shù)據(jù)缺失，則該網(wǎng)格點無法補齊，那么就不對該網(wǎng)格點進行插值處理。如果數(shù)據(jù)缺失率在62.5％以下，亦即8個網(wǎng)格點中有至少4個點存在有效數(shù)據(jù)，那么就用有數(shù)據(jù)點的結(jié)果進行反距離加權(quán)平均，得到缺失點網(wǎng)格的海流。對于每個空間點的海流時間序列，對缺失數(shù)據(jù)的時段采用后推12.4小時的數(shù)據(jù)來插補。當(dāng)后推12.4小時的數(shù)據(jù)也空缺時，采用前推的數(shù)據(jù)。對于后推和前推都無法補齊的數(shù)據(jù)，利用三次樣條插值進行補齊。將海流場U(Χm,tn)做距平處理，即對每個空間點上的海流的時間序列做減去這個時間序列的均值海流的處理。將處理完后的海流場仍記為U(Χm,tn)。計算U(Xm,tn)的協(xié)方差矩陣R(Xi,Xm)R(Xi,Xm)=1NΣn=1NU(Xi,tn)U*(Xm,tn)---(1)]]>步驟二、計算R(Xi,Xm)的特征根λ和特征向量Φ(Χm,Χm)，使得二者滿足下式：Σm=1MR(Xi,Xm)Φ(Xm,Xm)=λΦ(Xi,Xi)---(2)]]>式(2)中Φ(Χm,Χm)和λ均為M×M維的矩陣，其中Φ(Χm,Χm)的每一列之間都是相互正交的。λ具有以下的形式：λ=λ10...00λ2...0............00...λM---(3)]]>式(3)中特征根是按從大到小順序排列，即λ1＞λ2＞…＞λM，每個特征值對應(yīng)著Φ(Χm)中的一列特征向量值，也稱為一個模態(tài)。計算特征向量對應(yīng)的時間系數(shù)T(Χm,tn):T(Χm,tn)＝Φ(Χm,Χm)U(Χm,tn)(4)式(4)中T(Χm,tn)中每行數(shù)據(jù)就是對應(yīng)每個模態(tài)的時間系數(shù)。步驟三、對于特征向量Φ(Χm,Χm)，分別計算每個網(wǎng)格點周圍3×3范圍內(nèi)東分量ΦE和北分量ΦE的特征向量的標準差σ，然后將特征向量和特征向量均值(和)的差的絕對值大于2倍標準差(或者)的網(wǎng)格點的特征向量值用特征向量均值代替。將處理過后的特征向量記為Φ1(Χm)步驟四、對于時間系數(shù)T(Χm,tn)，對每個網(wǎng)格的時間系數(shù)的序列記為y(tn)，y(tn)的均值記為其標準差記為σ，將滿足的時間系數(shù)的值用該網(wǎng)格點的時間系數(shù)的均值替代。將處理過后的時間系數(shù)記為T1(Χm,tn)步驟五、設(shè)點特征根的累積方差貢獻率的閾值S(一般為90％)來判斷主要模態(tài)數(shù)的個數(shù)，設(shè)判定出的主要模態(tài)數(shù)為l個。步驟六、根據(jù)式(5)利用前l(fā)個特征模態(tài)對海流結(jié)果進行重構(gòu)。將得到重構(gòu)值加上步驟4中得到的時間序列上的均值，得到最終重構(gòu)后的數(shù)據(jù)集，該數(shù)據(jù)集即為經(jīng)干擾抑制后的結(jié)果。Ure(Χm,tn)＝Φ1(Χm,1:l)-1·T1(1:l,tn)(5)。綜上，以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3