全极化SAR海浪参数提取和海面风场反演新方法

摘要

合成孔径雷达(SAR: Synthetic Aperture Radar)作为先进的遥感探测设备，可以高分辨率、全天候、全天时对海表面成像，能实现多极化、多视角、多波段对海面进行海面，并提供高精度、大范围的实时海面动态信息。同时，这种全天候、高分辨率和全天时探测海洋的优势是红外传感器以及可见光所没有的。因此，研究如何从SAR图像中获取海面风、浪信息具有重要的实用意义以及科学价值。
　　本着发展基于SFS技术的全极化SAR海浪谱反演新方法的目的，结合数值模拟，本文从机理上对该方法的可行性进行了理论论证。这种反演海浪谱的方法已经应用在c波段全极化(HH,VV,VH and HV)RADARSAT-2卫星图像上，并和相应于区域浮标数据进行对比分析，结果显示:反演结果在波高、主波周期、主波长度以及主波方向真实可靠。
　　随后，利用加拿大RADARSAT-2卫星全极化合成孔径雷达图像，采用C-2PO模型对海面风场进行了反演验证，并与相应浮标数据进行对比，结果满足海面风场的反演精度。基于C-2PO理论模型，本文提出了海面风场混合方法反演模型，并利用相同SAR图像对海面风场进行了反演，反演结果显示:混合方法在风速反演的稳定性以及风向反演的精确度方面均优于C-2PO模型。最后，利用50幅RADARSAT-2全极化SAR图像，并采用同一时刻同一地点NationalData Buoy Center(NDBC)岸基高频雷达海流数据以及风场资料，对海流在SAR反演海面风场中的作用进行了实际验证，结果显示:在考虑海流流速的条件下，合成孔径雷达反演海面风速比未考虑海流流速时精度提高约0.2m/s;考虑海流流向的条件下比未考虑海流流向时，SAR反演海面风向精度提高约3°-4°。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 SAR卫星的发展历程及研究现状

1．2．1 SAR卫星发展历程

1．2．2 SAR反演海面风场研究现状

1．2．3 SAR反演海浪谱研究现状

1．3 本文主要研究内容

第二章 基于SFS技术的全极化SAR图像海浪参数提取

2．1 SAR海浪成像调制机制

2．1．1 流体力学调制

2．1．2 速度聚束调制

2．1．3 倾斜调制

2．2 阴影恢复形状(SFS)技术及应用

2．3 SFS技术在全极化SAR图像陆地表面斜率反演中的应用

2．4 SFS技术在全极化SAR图像海浪反演中的应用

2．4．1 倾斜调制下SAR图像海浪谱反演SFS技术应用

2．4．2 速度聚束调制下SAR图像海浪谱反演SFS技术应用

2．4．3 流体动力学调制下SAR图像海浪谱反演SFS技术应用

2．5 SFS技术全极化SAR图像海浪谱反演实验论证

2．5．1 反演实验数据

2．5．2 反演验证方案

2．5．3 反演结果分析

2．6 本章小结

第三章 基于C-2PO模型的海面风场混合反演算法

3．1 理论基础

3．1．1 合成孔径雷达方程

3．1．2 雷达后向散射截面(RCS)

3．1．3 SAR海面风场反演原理

3．2 全极化SAR海面散射模型

3．2．1 VV极化地球物理函数模型

3．2．2 HH极化地球物理函数模型

3．2．3 VH极化地球物理函数模型

3．3 C-2PO海面风场反演方法实验验证

3．3．1 C-2PO模型反演流程

3．3．2 反演实验

3．4 混合方法海面风场反演方法实验验证

3．4．1 混合方法介绍

3．4．2 案例分析

3．4．3 混合方法反演实验

3．5 本章小结

第四章 中低风速下海流对SAR反演风场的影响

4．1 数据介绍

4．1．1 合成孔径雷达(SAR)数据

4．1．2 浮标风场数据

4．1．3 高频地波雷达海流数据

4．2 海流对SAR反演风场影响验证方案

4．2．1 验证流程

4．2．2 数据时空匹配

4．2．3 结论分析

4．3 海流对SAR反演风场影响实验验证

4．3．1 海流流速对SAR反演风速影响

4．3．2 海流流向对SAR反演风向影响

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

作者简介