基于海面微波成像仿真M4S软件的SAR浅海地形遥感探测

摘要

本文基于合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，简称SAR)浅海地形遥感成像机理和海面微波成像仿真M4S软件，对SAR浅海地形遥感图像特征，SAR浅海地形遥感观测的统计分析和SAR浅海地形遥感探测技术进行了研究与探讨。 作为论文研究的基础，首先对SAR浅海地形遥感研究进展与SAR海洋遥感的基本原理进行了综述，同时对海面微波成像仿真M4S软件进行了介绍。 在前人SAR浅海地形遥感研究的基础上，本文基于SAR浅海地形遥感成像机理和海面微波成像仿真M4S软件，建立了基于M4S的SAR浅海地形遥感成像仿真模型，改进了传统浅海地形成像仿真模型只能仿真亮暗条纹相当的SAR遥感图像，无法仿真以亮条纹或暗条纹为主遥感图像特征的缺陷。通过遥感成像仿真研究，结合SAR浅海地形遥感图像的实例分析与SAR浅海地形遥感图像特征的统计分析，对SAR浅海地形遥感图像特征有了新的认识，纠正了浅海地形SAR遥感图像仅以亮暗条纹相当特征出现的传统观点。 关于SAR浅海地形遥感观测与海面风场的关系，本文通过遥感成像仿真研究与SAR浅海地形遥感观测的统计分析，在前人的研究基础上进一步探讨了有利于SAR浅海地形遥感成像的海面风速范围，明确了SAR浅海地形遥感成像的有利风向。并首次对SAR浅海地形遥感观测的时间统计分布特征与海面风速、表层流速的时间统计分布特征的相关性进行了初步研究。 此外在SAR浅海地形遥感图像特征与浅海水深特征变化的研究基础上，从SAR浅海地形遥感图像特征出发，首次通过SAR浅海地形遥感图像特征的统计分析，给出了台湾浅滩水下沙丘地形因子(如水下沙丘的空间分布、半波长长度、地形特征变化方向等)的统计分布。 以SAR浅海地形遥感图像特征研究与SAR浅海地形遥感观测的统计分析为基础，同时基于SAR浅海地形遥感成像机理与海面微波成像仿真M4S软件，建立了基于M4S的SAR浅海地形海面风速反演模型，SAR浅海地形表层流梯度反演模型。 在上述模型基础上，以目前较为流行的SAR浅海地形遥感探测技术为参考，采纳了国际上以荷兰的SAR水深估测系统技术为代表的迭代反演优势，克服了国内SAR直接反演技术中由于SAR斑点噪声所引入水深反演误差的缺陷，建立了基于M4S的SAR浅海地形遥感探测新模型。利用该遥感探测模型，对台湾浅滩海域的浅海地形进行了反演计算，并对计算的结果与实测水深进行了比较，探测误差小于10％，结果表明，SAR具有较准确的探测浅海水深的能力。同时作为SAR浅海地形遥感探测的补充方法，探讨了利用近岸浅水海域的海浪频散关系计算浅海水深的变化情况。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1研究背景和意义

1.2 SAR浅海地形遥感研究进展

1.2.1 SAR浅海地形遥感成像机理

1.2.2 SAR浅海地形遥感成像理论

1.2.3 SAR浅海地形遥感探测技术

1.3主要研究内容与章节安排

1.4主要创新点

2 SAR海洋遥感基本原理

2.1 SAR工作原理

2.1.1 SAR成像几何关系

2.1.2脉冲压缩原理

2.1.3合成孔径原理

2.1.4 SAR系统参数

2.1.5 SAR多视处理

2.2海面微波散射

2.2.1散射截面

2.3.2镜面反射与海面后向散射

2.3.3海面粗糙度

2.3海面微波散射模型

2.2.1 Kirchhoff散射模型

2.3.2 Bragg共振散射模型

2.3.3二尺度散射模型

2.3.4改进的组合表面模型

2.4海面微波成像仿真M4S软件

2.4.1 M4S软件功能介绍

2.4.2 M4S软件物理组成与工作流程

2.5结论

3 基于M4S的SAR浅海地形遥感图像特征研究

3.1 SAR浅海地形遥感图像特征分析

3.2基于M4S的SAR浅海地形遥感成像仿真模型

3.2.1奈维-斯托克方程

3.2.2作用量谱平衡方程

3.2.3雷达海面后向散射模型

3.2.4仿真流程

3.3风速风向对SAR浅海地形遥感成像的影响

3.3.1仿真参数

3.3.2仿真结果分析

3.3.3实例观测分析

3.4结论

4 SAR浅海地形遥感观测的统计分析

4.1统计数据与统计量介绍

4.1.1统计数据

4.1.2统计特征量介绍

4.2 SAR浅海地形遥感图像特征的统计分析

4.3台湾浅滩水下沙丘地形特征量统计分析

4.4 SAR浅海地形遥感观测与海面风场关系的统计分析

4.5 SAR浅海地形遥感观测与表层流关系的统计分析

4.6结论

5 基于M4S的SAR浅海地形遥感探测研究

5.1 SAR浅海地形遥感图像预处理

5.1.1 SAR遥感图像斑点噪声的抑制

5.1.2 SAR遥感图像辐射定标

5.1.3 SAR遥感图像几何校正

5.2基于M4S的SAR浅海地形遥感探测模型

5.2.1基于CMOD模式的SAR海面风速反演流程

5.2.2基于M4S的SAR浅海地形海面风速反演流程

5.2.3基于M4S的SAR浅海地形表层流梯度反演流程

5.2.4基于M4S的SAR浅海地形遥感探测流程

5.3基于M4S的SAR浅海地形遥感探测实例

5.3.1探测实例一

5.3.2探测实例二

5.3.3分析与小结

5.4 SAR浅海地形海浪谱遥感探测实例

5.4.1 SAR浅海地形海浪谱遥感探测流程

5.4.2探测实例

5.4.3分析与小结

5.5结论

6总结与展望

6.1全文总结

6.2工作展望

参考文献

附录

致谢