顺轨干涉SAR多尺度海表面流速提取与验证

摘要

顺轨干涉合成孔径雷达(Along-track interferometry Synthetic Aperture Radar,ATI-SAR)技术是由美国Goldstein和Zebker于1987年首次提出。在随后近30年的时间里该技术得到了不断的验证与发展，ATI-SAR测量海流也逐渐从理论走向了成熟。
　　本文详细介绍了ATI-SAR反演海表流场的技术发展，国内外重要的研究进展，ATI-SAR的工作模式、以及ATI-SAR测量海表流场的基本原理等，并建立了ATI-SAR数据选取准则。然后，采用ATI-SAR技术对TanDEM-X/TerraSAR-X双星ATI-SAR数据进行了海表面流速的提取、分离与验证。论文主要在以下几个方面做了研究工作:
　　1.数据选取准则建立。ATI-SAR的实现有传统星载、双接收天线和孔径转换等多种模式。不同的工作模式对ATI-SAR测量海流的数据选取有不同的要求。因此，本文建立了ATI-SAR测量海流数据的选取准则，主要考虑顺轨基线有效长度和时间去相干两个方面因素的影响。本文选取的数据是传统星载模式下的TanDEM-X/TerraSAR-X双星编队飞行数据，该模式下理想的ATI-SAR测量海流的顺轨有效基线分开距离为14～35m，两幅图像获取的理想时间延迟是2～5ms。
　　2.一维海表面流速提取。本文采用了目前星载ATI-SAR测量海流中最具有潜力的数据，即TanDEM-X/TerraSAR-X双星ATI-SAR数据。利用该数据提取海流的数据处理目前主要位于德国宇航中心(DLR)和美国的迈阿密大学。本文给出了利用该数据提取一维海表面流速完整的数据处理步骤，并成功提取了苏格兰北部奥克尼群岛附近的海流，获得的一维海表面流速范围为-0.32～1.94m/s。研究结果表明该ATI-SAR数据处理流程能够有效实现一维海表面流速的提取。
　　3.流速分离及验证。利用ATI-SAR技术提取到的流速实际上是各种不同尺度的流速叠加和，为了准确提取流速的各个分量，需要将各项进行分离。为了验证提取及分离流速的准确性，首先，将ATI-SAR技术获得的视线向流速（Doppler速度）与多普勒质心分析(Doppler centroid analysis，DCA)技术获得的结果进行了比对，结果表明二者具有很好的一致性。然后，利用SAR图像谱，结合海浪波形传播与水质点运动之间的关系，计算了研究区域海浪产生的流速分量，验证了分离流速中海浪产生表面流速的准确性。最后，将流速的提取算法应用到了另一对位于苏格兰西南艾莱岛附近的双星ATI-SAR数据，获得的一维海表面流速范围为-1.38～0m/s，进一步验证了流速提取算法的可靠性。

目录

声明

摘要

第一章 引言

1．1 课题研究背景与意义

1．1．1 课题来源

1．1．2 选题背景

1．1．3 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．3 论文的研究内容

第二章 ATI-SAR测流原理及数据选取准则

2．1 ATI-SAR测海流基本原理

2．1．1 ATI-SAR基本理论

2．1．2 海流测量基本原理

2．2 数据源介绍

2．2．1 TanDEM-X／TerraSAR-X

2．2．2 成像模式和数据获取模式

2．3 ATI-SAR测流数据选取准则

2．3．1 有效基线选择

2．3．2 测速精度控制

2．4 本章小结

第三章 一维海表面流速的提取

3．1 数据预处理

3．1．1 SAR原始信号进行成像处理

3．1．2 SAR图像的过采样和方位向预滤波

3．1．3 SAR图像距离向预滤波

3．2 ATI-SAP-干涉处理

3．2．1 SAR图像对的配准

3．2．2 干涉生成和相干估计

3．2．3 平地相位和地形相位去除

3．2．4 干涉相位滤波

3．3 相位解缠

3．3．1 相位解缠原理

3．3．2 相位解缠算法

3．4 干涉相位校准和修正

3．5 一维海表面流速提取

3．6 本章小结

第四章 多尺度海表面流速的分离

4．1 Doppler速度组成

4．2 大尺度波轨道速度

4．2．1 空间平均去除

4．2．2 低通滤波去除

4．3 Bragg波导致流速

4．4 基于EMD算法的分离

4．4．1 EMD分解原理

4．4．2 EMD分解实现

4．5 海面背景流速的获取

4．6 本章小结

第五章 一维海表面流速的验证

5．1 流速对比的验证

5．2 分离流速的验证

5．3 流速提取的验证

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 本文内容总结

6．2 相关研究展望

参考文献

致谢

读研期间发表的论文

读研期间参加的科研项目