SAR浅海水下地形探测

摘要

本文对浅海水下地形的星载合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar，简称SAR)遥感中的模拟仿真计算和探测技术进行了研究和分析，并对浅海水下地形的多波段多极化特征进行了探讨。全文共分四章，每章的内容安排如下。 第一章概述了SAR的发展、海面微波散射技术的发展、SAR浅海水下地形探测的研究进展和多波段多极化SAR浅海水下地形遥感的发展，还对本文的主要研究内容作了简要介绍。 第二章是对SAR工作原理和海面微波散射的概述。 第三章首先对星载SAR浅海水下地形成像机理进行了描述，针对其各个成像过程详细论述了数学物理模型。根据SAR浅海水下地形成像的数学模型，对各公式进行了分析和选择，对准一维浅海水下地形SAR遥感的不同雷达参数(P、L、C和X波段，HH、VV极化及不同入射角)、不同海况参数(风速风向和流速流向等)和不同地形条件(水深、坡度和方向等)进行了模拟仿真。SAR浅海水下地形遥感不仅依赖于雷达参数，成像时的各海况参数和水下地形本身的参数对成像也有决定性的影响。 第四章通过不同时相的基隆岛西南水下地形SAR图像分析了SAR浅海水下地形的图像特征，并对SAR浅海水下地形遥感的定量探测模型进行了分析和研究，根据探测模型对苏北浅滩小阴沙海域的浅海水下地形和基隆岛西南浅海水下地形进行了反演计算，并对计算的结果与海图水深进行了比较。结果表明，SAR具有准确探测浅海水下地形的能力。 第五章利用实例通过定性分析的方法计算了外伞顶洲水下沙洲的水深分布，并对曾文溪口大坡度水下地形和暗礁型的浅海水下地形进行了图像特征分析和模拟仿真。结果表明，SAR具有探测多种浅海水下地形的能力，定性分析方法在信息提取过程起着十分重要的作用。 第六章利用SIR-C/X-SAR数据和模拟仿真技术研究多波段、多极化SAR浅海水下地形遥感机理，分析了浅海水下地形的多波段多极化SAR图像特征，并对多波段多极化SAR浅海水下地形成像的极化特征进行了初步的探讨。结果表明，在不同的波段和极化状态下，浅海水下地形表现出不同的SAR图像特征，通过研究这些图像特征，可以对多波段多极化SAR的浅海水下地形成像机理进行深入的研究。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1本文的研究背景和意义

1.2国内外研究发展现状

1.2.1合成孔径雷达的发展

1.2.2海面微波散射机理研究进展

1.2.3 SAR浅海水下地形探测进展

1.2.4多波段多极化SAR水下地形探测的发展

1.3本文研究的主要内容

1.4本文的创新点

第2章SAR海洋遥感的基本原理

2.1合成孔径雷达

2.1.1距离分辨率与脉冲压缩技术

2.1.2方位分辨率与合成孔径技术

2.1.3 SAR系统参数

2.1.4 SAR系统斑点噪声及多视处理

2.2海面微波散射

2.2.1散射截面

2.2.2镜面反射和后向散射

2.2.3海面粗糙度

2.3结论

第3章SAR浅海水下地形遥感模拟仿真

3.1 SAR浅海水下地形和水深的成像机理

3.2仿真模型

3.2.1奈维-斯托克斯方程

3.2.2谱作用量平衡方程

3.2.3雷达后向散射模式

3.3仿真计算流程

3.3.1奈维.斯托克斯方程的简化

3.3.2求解谱作用量平衡方程的特征线方法

3.3.3雷达后向散射模型的选取

3.3.4仿真计算步骤

3.4试验验证

3.4.1验证数据

3.4.2验证计算

3.5不同雷达参数SAR浅海水下地形探测模拟仿真

3.5.1仿真计算条件

3.5.2不同雷达波段条件下的模拟仿真

3.5.3不同雷达极化条件下的模拟仿真

3.5.4不同雷达入射角条件下的模拟仿真

3.5.5结论

3.6不同海况条件下的SAR浅海水下地形探测模拟仿真

3.6.1仿真计算条件

3.6.2不同流速条件下的模拟仿真

3.6.3不同流向条件下的模拟仿真

3.6.4不同风速条件下的模拟仿真

3.6.5不同风向条件下的模拟仿真

3.6.6结论

3.7水下地形高度、坡度和方向与可遥感水深

3.7.1仿真计算条件

3.7.2地形高度与可测水深

3.7.3地形坡度与可测量水深

3.7.4地形方向与可测量水深

3.7.5结论

第4章浅海水下地形SAR的定量探测技术

4.1浅海水下地形SAR图像特征

4.2 SAR浅海水下地形反演计算流程

4.2.1 SAR图像斑点噪声的抑制

4.2.2 SAR图像辐射定标

4.2.3 SAR反演浅海水下地形的计算方法

4.3 SAR浅海水下地形反演定量计算

4.3.1江苏近岸小阴沙海域

4.3.2基隆岛西南水下地形

4.4讨论

4.4.1浅海水深航天SAR测量方法的特点

4.4.2测量误差分析

4.5结论

第5章浅海水下地形的SAR定性分析

5.1 SAR浅海水下地形图像的定性分析

5.2定性水深提取方法

5.3 SAR探测大坡度水下地形的定性分析

5.4 SAR探测暗礁的定性分析

5.5结论

第6章多波段多极化SAR水下地形遥感机理研究

6.1浅海水下地形的多波段多极化图像特征

6.1.1SIR-C/X-SAR图像

6.1.2浅海水下地形的多波段、多极化特征

6.1.3 C波段和L波段多极化图像特征比较

6.2 SIR-C/X-SAR图像结果与模拟仿真结果的比较

6.2.1模拟计算的地形条件

6.2.2模拟计算的海况与雷达参数条件

6.2.3模拟结果与图像比较

6.3浅海水下地形图像的全极化特征

6.3.1极化状态表征的基本原理

6.3.2散射矩阵与雷达后向散射截面

6.3.3极化合成

6.3.4水下地形SAR极化特征

6.4浅海水下地形多波段多极化SAR遥感机理探讨

参考文献

附 录

致 谢