针对近海复杂地形下海陆风对大气湍流特性的影响,在深圳市杨梅坑环境生态中心开展了大气湍流观测实验,利用温度脉动仪、超声风速仪和测风雷达获得了大气折射率结构常数、大气声虚温、风速风向廓线等时间序列数据。通过分析海陆风对大气湍流的功率谱、各向同性和湍流动能耗散率的影响发现,较陆风条件,湍流在海风条件下发展得更为充分。海风条件下各向同性系数接近甚至等于1的频率范围为0.05~50 Hz,速度功率谱幂率均接近-5/3;陆风条件下,只有0.8~10 Hz频率范围内的大气湍流在极短时段表现出局部各向同性,速度功率谱幂率均严重偏离-5/3且整体偏大,平均值在-1.3左右。海陆风条件下湍流动能耗散率与湍流强度呈线性关系,温度脉动仪和超声风速仪测得的数据拟合斜率分别为1.1、0.76和0.73、0.28。研究结论为深化海洋环境下的激光传输研究提供了一定的参考。

针对复杂海陆环境中的无线信号传播预测问题, 研究了适用于抛物方程的信号时延与到达角估计方法。将自由空间中抛物方程轴向波前信号视为本地副本信号, 然后利用信号的自相关特性, 将接收信号与副本信号进行互相关运算, 最后通过相关函数的峰值检索, 得到脉冲信号在复杂环境中传播的附加时延。采用数值算例, 验证了该方法的正确性和有效性。此外, 采用多重信号分类算法, 由抛物方程构建接收阵列的协方差矩阵, 并对其进行特征值分解, 然后利用信号子空间和噪声子空间的正交性, 实现复杂环境中的信号到达角估计。仿真结果表明, 相比于传统的平面波谱方法, 该方法具有更高的多径分辨率。基于上述方法, 并结合数字地图, 在典型的海陆环境中进行了仿真实验, 分析了蒸发波导对脉冲信号传播时延和到达角的影响。

针对国产机载激光雷达测深系统海陆波形分类识别的需求, 基于多通道海洋激光雷达波形数据的特点, 通过提取多通道波形的特征参数, 采用支持向量机的方法构建分类模型对海陆波形进行分类。通过检验结果证明, 该分类方法总体精度和Kappa系数分别达99.03%和0.9805。该方法海陆波形分类精度满足工程应用需求, 适用于国产机载激光雷达测深系统的波形分类处理, 为后续深度计算过程中水体介质光速校正和潮汐波浪改正奠定基础。