基于纹理分析的SAR海浪特征参数反演研究

摘要

在当今传统能源日趋紧张,面临枯竭的情况下,人们把寻找能源的目光重点投向了蕴含着丰富资源的海洋。为了全面而充分的了解海洋的环境、灾害以及矿产资源等情况,国际上先后发射了SEASAT卫星、ERS-1和ERS-2卫星、RADARSAT卫星以及ENVISAT卫星,实现了利用合成孔径雷达(SAR)影像对海洋的探测。SAR海洋探测技术的出现弥补了以往观测手段的不足,大面积、全天候、全天时连续获取海浪信息则成为其独特的优势,它可以更为迅速地探测海洋中各物理参数,揭示海浪的时空变化规律,因而得到普遍使用。本文以理论分析为基础,结合实例验证,通过台湾海域10景ERS-2SAR影像,对基于SAR纹理反演海浪信息的方法进行了深入的研究与探讨。
　　首先,本文简单的回顾了国外SAR卫星的发展历程,由此分别概述了国内外SAR海浪成像理论的研究进展和反演海浪信息方法的研究现状,并对海浪的基本理论和SAR海洋遥感的基本原理,如海浪谱的基本概念、海面的线性模型、海浪参数、微波-海面散射理论、微波-海面成像理论都做了详细的阐述。这些是SAR影像反演海浪特征参数的基础。
　　其次,本文给出了纹理的相关知识并综述了目前应用在遥感影像上各种纹理分析的方法,并提出了一种从图形学角度出发的Radon变换方法来反演海浪参数。该方法利用SAR图像的海浪纹理特征,通过对影像进行Radon变换,将影像从空间域转换为qr-域,获取该变换域的参数,从而达到获取海浪波长和波向参数的目的。
　　再次,本文利用了目前应用最为广泛的一种方法——海浪谱法,用于SAR影像反演海浪特征参数。该方法由Hasselmann提出,首先利用先验信息和线性传输函数得到初始值,再将初始值作为前向SAR成像模式的输入,然后用修正了的图像谱矫正初始值算得海浪谱,再将得到的海浪谱作为前向SAR成像模式的输入,反复迭代直到收敛,得到SAR影像二维海浪谱,并由此得到海浪波长、波向和有效波高。文中将该方法所得结果与Radon变换计算结果进行精度评定。结果显示,Radon变换应用在ESR-2SAR影像中来求取波长和波向是可行的,与传统的谱方法相比较,波长的均值偏差为1.82m,波向的均值偏差为0.24°;波长的均方根误差为9.16,波向的均方根误差为3.39,相关系数均在0.95以上,可以满足反演的精度需要。
　　最后,在结尾部分对全文进行了总结,同时对今后的研究进行了展望。

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第1章 引言

1.1 选题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究内容

第2章 海浪基本理论和SAR海洋遥感基本原理

2.1 海浪

2.2 微波-海面相互作用机制

2.3 小结

第3章 海洋中的纹理特征分析

3.1 纹理特征

3.2 常用的纹理分析方法

3.3 纹理分析在海洋中的应用

3.4 小结

第4章 基于SAR纹理的海浪参数反演研究

4.1 算法模型

4.2 反演算法

4.3 研究区域及数据

4.4 实例分析

4.5 小结

第5章 基于谱分析法的海浪参数反演研究

5.1 算法模型

5.2 SAR谱特点

5.3 反演算法

5.4 实例分析

5.5 精度评定

5.6 小结

第6章 总结及展望

6.1 本文总结

6.2 本文存在的不足及需要进一步研究的问题

参考文献

附录1

附录2

附录3

研究生期间的研究成果

致谢