【摘要】： 傳統(tǒng)海洋測量方法例如岸基觀測站、船只和浮標等方式只能對海面進行單點觀測,存在很多不足之處,例如:觀測點少,只能獲得有限的點的資料,無法得到大范圍的海面信息;費用較高,無法大范圍的密集觀測;并且,傳統(tǒng)方法受天氣影響較大,無法長時間的連續(xù)觀測。星載合成孔徑雷達能全天候、全天時、高分辨率對海面成像,能實現(xiàn)多波段、多極化、多視角得觀測海面,提供大范圍、高精度的實時動態(tài)海面信息。同時,這種全天候、全天時和高分辨率觀測海洋的優(yōu)勢是可見光和紅外傳感器所沒有的。總之研究如何從SAR影像中有效地獲取海面信息具有重要的科學和實用意義。 自從1978年Seasat衛(wèi)星發(fā)射以來,SAR圖像就被廣泛的應(yīng)用于海洋要素的反演,如海面風場、波高、平均周期。其中對海面風場的反演研究的最多,一般的方法是首先對SAR圖像進行快速傅立葉變換得到SAR圖像譜,通過圖像譜的峰值信息能夠得到具有180°模糊的風向,利用SAR圖像的條紋或者浮標等外部信息來消除180°模糊從而確定風向,然后把得到的風向和SAR圖像的正交后向散射截面數(shù)值(NRCS)帶入經(jīng)驗函數(shù)CMOD4或者CMOD5等反演函數(shù)通過迭代計算得到風速。這種方法得到的海面風場需要外部信息的輔助,不利于大范圍業(yè)務(wù)化的反演海面風場。因此本文試圖直接通過SAR圖像來反演海面風場而不利用其他外部信息的幫助。2002年3月1日發(fā)射的ENVISAT衛(wèi)星所獲得的ASAR圖像具有不同于ERS系列的SAR圖像的新特點:(1)不同入射角的情況下獲得ASAR圖片,(2)可以同步的獲得雙極化甚至多極化數(shù)據(jù),(3)可以獲得更寬的帶幅的圖像。雙極化數(shù)據(jù)可以同時地提供同極化和交錯極化的影像,兩種極化的數(shù)據(jù)能夠增加分辨目標的能力和提供目標更多的信息,這方面的優(yōu)勢也使得利用雙極化的數(shù)據(jù)來消除SAR圖像反演風場中的180o模糊問題提供了可能。本文推導了利用雙極化的ASAR圖像反演海面風場的新函數(shù),該函數(shù)是在同極化和交錯極化函數(shù)的基礎(chǔ)上推導出來的,有效的消除了只用一副ASAR圖片反演風場所固有的180o模糊現(xiàn)象。風速和風向的反演結(jié)果與Quikscat數(shù)據(jù)之間的均方根誤差分別為0.53 m/s和2.21o。該方法與傳統(tǒng)方法的比較可以看出新方法與浮標數(shù)據(jù)以及Quikscat數(shù)據(jù)符合的更好。 利用SAR圖像來反演海浪的波高也是一個研究的比較多的領(lǐng)域。比較傳統(tǒng)的方法是由SAR圖像得到的海浪譜計算出波高,目前國際上比較流行的SAR圖像反演海浪譜的模式有兩種:一種是Hasselmann(1991)提出的在Max-Planck Institute(MPI)發(fā)展起來的方法,Hasselmann(1996)進行了改進和完善。另一種是Mastenbroek和de Valk(2000)提出的半?yún)?shù)化反演方法。這兩種方法的最主要的缺點就是需要引進外部信息(WAM模式結(jié)果或者散射計的風的信息)來消除圖像所固有的180°方向模糊問題。而本文應(yīng)用的經(jīng)驗函數(shù)方法(CWAVE)不需要引進任何外部信息而直接得到海浪的重要參數(shù)-有效波高(Hs),輸入該經(jīng)驗函數(shù)的參數(shù)主要有:波模式圖像的雷達截面、圖像方差以及由SAR譜得到的20個參數(shù)。這些參數(shù)的選擇是通過逐步回歸方法進行篩選的。CWAVE經(jīng)驗函數(shù)的系數(shù)是通過6000幅全球分布的ERS-2波模式的圖像譜擬合同時同地點的WAM模式結(jié)果得到的。利用CWAVE經(jīng)驗函數(shù)反演了1998年9月到2000年11月兩年多的全球接近一百萬的ERS-2 SAR圖像的有效波高,利用NOAA浮標數(shù)據(jù)對反演結(jié)果進行了驗證,他們之間的相關(guān)系數(shù)為0.83,均方根誤差為0.61m,偏差為0.02 m;反演結(jié)果也與歐洲中長期預報中心(ECMWF)的ERA-40有效波高資料和高度計資料進行了比較,結(jié)果表明該方法是通過SAR圖像反演Hs的一種有效方法。 SAR的反演結(jié)果也應(yīng)用于有效波高的非線性統(tǒng)計分布的研究。結(jié)合動力學和隨機統(tǒng)計學原理推導了海面高度、波高和有效波高的非線性統(tǒng)計分布,同時利用了NOAA浮標數(shù)據(jù)、華師大的波高數(shù)據(jù)以及SAR的有效波高數(shù)據(jù)分別對推導出的非線性統(tǒng)計分布函數(shù)進行了檢驗。 SAR的結(jié)果也用來反演新的風浪成長關(guān)系: H = 0.00854T~(1.564),與已有的風浪成長關(guān)系的比較表明該成長關(guān)系與已有的結(jié)果比較一致。
【學位授予單位】：中國科學院研究生院（海洋研究所）
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2007
【分類號】：P714
【圖文】：

圖 1.1 ENVISAT 示意圖AR 的先進性體現(xiàn)在兩個方面，一方面，它有五種工作模式，分別波模式、圖像模式、改變極化模式和寬幅模式。ENVISAT ASAR模式，沿著衛(wèi)星路徑每隔 100km 就觀測一次，這樣，每天就可以0 個全球海洋的小幅 SAR 圖像。另一方面，ASAR 可以在寬幅模式從而可以獲得海面更大區(qū)域（大約 400km*400km）的 SAR 圖像，中的中尺度現(xiàn)象的研究以及用于預報的中尺度風場的獲得帶來了同樣也為大范圍的海浪信息提取以及臺風風浪場的路徑研究創(chuàng)造了于 2007 年由德國空間中心和歐空局合作發(fā)射的 TerraSAR-X 衛(wèi)星，它的分辨率能達到幾米，如此高的分辨率為分析更小尺度的大氣了可能。圖 1.2 是 TerraSAR-X 的示意圖。圖 1.3 總結(jié)了各種雷達頻段。

圖 1.2 TerraSAR-X 示意圖圖 1.3 各種可用的雷達波段示意圖2.2 利用 SAR 來提取海面風場的研究現(xiàn)狀海面風場是海洋上層運動的主要動力來源，它與海洋中的幾乎所有的物理密切。在海洋動力學過程中，它不僅是形成海面波浪的直接動力，而且是區(qū)全球海洋環(huán)流的動力。同時，海面風場調(diào)節(jié)海/氣之間的熱量、水汽和物質(zhì)，對區(qū)域和全球氣候有著舉足輕重的作用，它也是氣象預報的必要參數(shù)。此面風場還直接影響著海上航運、海洋工程、海洋漁業(yè)等，海面風場還為海軍

圖 1.3 各種可用的雷達波段示意圖1.2.2 利用 SAR 來提取海面風場的研究現(xiàn)狀海面風場是海洋上層運動的主要動力來源，它與海洋中的幾乎所有的物理過程密切。在海洋動力學過程中，它不僅是形成海面波浪的直接動力，而且是區(qū)域和全球海洋環(huán)流的動力。同時，海面風場調(diào)節(jié)海/氣之間的熱量、水汽和物質(zhì)交換，對區(qū)域和全球氣候有著舉足輕重的作用，它也是氣象預報的必要參數(shù)。此外，海面風場還直接影響著海上航運、海洋工程、海洋漁業(yè)等，海面風場還為海軍的指揮人員制定正確的作戰(zhàn)方案提供了重要的科學依據(jù)。海面風通過風應(yīng)力對海面的作用，產(chǎn)生風生表面波，，這些表面波直接或者間接地改變了海面粗糙度和雷達地后向散射截面，圖 1.4 表明了這種作用，颶風或者臺風期間的 SAR 圖片最能說明問題，圖 1.4 所示的圖片是位于北緯 27度，東經(jīng) 30 度，于 2002 年 8 月 29 日 9:21 Rusa 臺風期間獲得的，從圖中明顯的

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 趙凱;欒曙光;張瑞瑾;;強臺風“珍珠”引起的近岸波浪場數(shù)值分析[J];海洋預報;2011年04期

2 蔣宗立;劉時銀;許君利;王欣;莫宏偉;;應(yīng)用SAR特征匹配方法估計音蘇蓋提冰川表面流速[J];冰川凍土;2011年03期

3 ;為雷達配上顯微鏡眼睛[J];科技導報;2011年22期

4 賀崢嶸;劉智;王番;陳永昌;;非下采樣Contourlet域的ICA法SAR圖像相干斑抑制[J];測繪工程;2011年03期

5 黃魁華;張軍;;局部統(tǒng)計活動輪廓模型的SAR圖像海岸線檢測[J];遙感學報;2011年04期

6 史劍;王璞;鐘中;張軍;;兩種網(wǎng)格下的SWAN模式對黃渤海海浪模擬比較[J];海洋預報;2011年04期

7 肖鵬;種勁松;;基于擬線性變換的海浪方向譜反演方法研究[J];科學技術(shù)與工程;2011年17期

8 李楊寰;金添;宋千;周智敏;;后向投影算法的地理坐標系下的合成孔徑雷達成像(英文)[J];遙感學報;2011年04期

9 袁蔚林;秦其明;杜世宏;沈心一;;全極化SAR的方向角糾正在估算裸土含水量時的應(yīng)用[J];北京大學學報(自然科學版);2011年04期

10 梁存任;曾琪明;崔喜愛;焦健;;Envisat ASAR ScanSAR-Stripmap干涉測量研究[J];遙感學報;2011年04期

相關(guān)會議論文 前10條

1 王賀;楊勁松;黃韋艮;王雋;;利用SAR遙感仿真對ENVISAT ASAR level 2算法的誤差分析[A];第二屆微波遙感技術(shù)研討會摘要全集[C];2006年

2 逯貴禎;王玲;;合成孔徑雷達圖像識別的馬爾科夫隨機場方法研究[A];圖像圖形技術(shù)研究與應(yīng)用2009——第四屆圖像圖形技術(shù)與應(yīng)用學術(shù)會議論文集[C];2009年

3 白霞;孫進平;毛士藝;;雙基地合成孔徑雷達的Chirp z變換成像算法[A];第十三屆全國信號處理學術(shù)年會（CCSP-2007）論文集[C];2007年

4 時慧;左永鋒;何攀峰;;大調(diào)制帶寬線性調(diào)頻信號頻響補償技術(shù)研究[A];2010全國虛擬儀器大會暨MCMI2010’會議論文集[C];2010年

5 何宜軍;謝濤;;沿軌跡干涉合成孔徑雷達涌浪成像理論[A];第十四屆全國遙感技術(shù)學術(shù)交流會論文摘要集[C];2003年

6 李和平;;基于ARM的固態(tài)記錄器控制模塊的設(shè)計[A];第三屆全國嵌入式技術(shù)和信息處理聯(lián)合學術(shù)會議論文集[C];2009年

7 張陸元;袁運能;張亞萌;李東斌;;距離徙動高次項對LFMCW SAR成像影響研究[A];第八屆全國信號與信息處理聯(lián)合學術(shù)會議論文集[C];2009年

8 汪偉;李磊;張智慧;;有源相控雙極化波導縫隙天線陣[A];2009年全國微波毫米波會議論文集（上冊）[C];2009年

9 王雋;楊勁松;黃韋艮;王賀;陳鵬;;多視處理對SAR船只探測的影響[A];第二屆微波遙感技術(shù)研討會摘要全集[C];2006年

10 王迪;雷武虎;楊越;;SAR欺騙干擾與散射波干擾信號生成[A];2006北京地區(qū)高校研究生學術(shù)交流會——通信與信息技術(shù)會議論文集（上）[C];2006年

相關(guān)重要報紙文章 前10條

1 許偉武;一磅重納米合成孔徑雷達問世[N];中國航空報;2006年

2 徐英淑;以先進的雷達開拓遙感應(yīng)用市場[N];中國航天報;2010年

3 記者 陳敬農(nóng) 通訊員 汪杰;直升機載裝合成孔徑雷達獲成功[N];科技日報;2003年

4 士元;“X衛(wèi)星”多視角觀測轉(zhuǎn)眼不轉(zhuǎn)身[N];大眾科技報;2007年

5 許偉武;諾·格公司演示世界首部合成孔徑激光雷達[N];中國航空報;2006年

6 費旭輝;合成孔徑雷達與光學影像融合及其應(yīng)用國際研討會在成都舉行[N];中國測繪報;2007年

7 韓辛;遙感監(jiān)測海上溢油[N];中國石油報;2007年

8 士元;2009年德國5顆雷達成像偵察衛(wèi)星天上相聚[N];大眾科技報;2007年

9 龐之浩;SAR—X：德探測衛(wèi)星全球測高[N];中國國防報;2007年

10 許偉武;軍用航空通信革命性變革——雷達通信[N];中國航空報;2007年

相關(guān)博士學位論文 前10條

1 陸立明;星載合成孔徑雷達目標檢測技術(shù)研究[D];國防科學技術(shù)大學;2004年

2 王力寶;多輸入多輸出合成孔徑雷達關(guān)鍵技術(shù)研究[D];國防科學技術(shù)大學;2010年

3 郭微光;機載超寬帶合成孔徑雷達運動補償技術(shù)研究[D];中國人民解放軍國防科學技術(shù)大學;2003年

4 孫建;SAR影像的海浪信息反演[D];中國海洋大學;2005年

5 于秋則;合成孔徑雷達（SAR）圖像匹配導航技術(shù)研究[D];華中科技大學;2004年

6 危嵩;機載合成孔徑雷達動目標檢測與成像研究[D];華中科技大學;2005年

7 宋貴霆;合成孔徑雷達提取海面風、浪信息研究[D];中國科學院研究生院（海洋研究所）;2007年

8 孫斌;基于CT成像的合成孔徑雷達向量熵成像研究[D];浙江大學;2004年

9 傅斌;SAR淺海水下地形探測[D];中國海洋大學;2005年

10 楊樂;衛(wèi)星雷達高度計在中國近海及高海況下遙感反演算法研究[D];南京理工大學;2009年

相關(guān)碩士學位論文 前10條

1 姚剛;合成孔徑雷達成像處理技術(shù)研究[D];電子科技大學;2001年

2 胡笑斌;SAR圖像目標識別中幾個問題的研究[D];合肥工業(yè)大學;2005年

3 周峰;機載合成孔徑雷達基于數(shù)據(jù)的運動誤差分析及補償研究[D];西安電子科技大學;2005年

4 葉映宇;合成孔徑雷達干擾方法的研究[D];電子科技大學;2005年

5 裘金飛;合成孔徑雷達（SAR）成像技術(shù)研究[D];南京理工大學;2005年

6 姜鳳山;合成孔徑雷達高速數(shù)據(jù)記錄器研究[D];中國科學院研究生院（電子學研究所）;2004年

7 許一力;合成孔徑雷達系統(tǒng)設(shè)計的可靠性技術(shù)研究[D];中國科學院研究生院（電子學研究所）;2005年

8 史勤峰;Beamlet及其在SAR圖像邊緣檢測中的應(yīng)用[D];西北工業(yè)大學;2006年

9 田旭文;合成孔徑雷達超分辨率成像算法研究[D];中國科學院研究生院（電子學研究所）;2002年

10 繆建峰;合成孔徑雷達運動目標檢測與成像方法的研究[D];合肥工業(yè)大學;2003年

本文編號：2755486