基于連續小波變換及正則化方法的潮位分析

姜桂婷， 李水艷

(河海大學 理學院， 江蘇 南京 211100)

0 引 言

潮位的精確檢測對于我國海洋事業的發展起著不可或缺的作用. 目前， 有成千上萬的全球定位導航系統(Global Navigation Satellite System， GNSS)[1]正在全世界運行， 多路徑原理[2]即信號中同時包含直射信號以及周圍地表的反射信號信息， 從而利用現成的大量商用GNSS提供其周圍環境的幾何信息[3-4].

GNSS干涉遙感(GNSS-Interferometr Reflectomety, GNSS-IR)技術基于常規的大地測量型接收機， 利用SNR序列中的干涉振蕩特性， 便可完成對站點周圍環境的監測[5-7]. Larson等[8]首次將地基(岸基)GPS 的信噪比(Signal-to-Noise Ratio， SNR) 序列用于潮位監測中. 此后， Larson等[9]在 Kachemak 灣利用 PBAY 站的 SNR 信號進行潮位反演， 并且提出改正動態海面偏差的方法. 隨后， L?fgren等[10]又進一步研究改進此方法.

目前， GNSS-IR 潮位反演技術已經有一套較為完善的經典潮位反演原理及技術流程： 即利用 LSP(Lomb-Scargle Periodogram)提取 SNR 中的頻率信息， 并將該信息轉換為天線相位中心與反射面之間的垂直距離(Reflector Height， RH)， 簡稱為有效高度， 再將其統一到潮位基準上. LSP 方法對于一段輸入的 SNR 序列只能輸出一個頻率值. 海面的時刻變化特性表明對于具有一定時間長度的SNR來說， 與海面高度相關的頻率也隨之變化， 由此可知LSP方法的不合理性， 且其損失了反演點的分辨率. 針對這個問題， 前人提出Window Lomb-Scargle譜分析(winLSP)方法， 通過滑動窗口， 用LSP方法提取由窗口調整的每個段的頻率. 該方法雖然能夠輸出更多的反演點值， 但其結果精度遠不及 LSP方法.

小波變換常作為數據信噪比分析研究的一種時頻分析方法. Bilich等[11]利用小波分析提取……