全极化合成孔径雷达海面风场与海浪遥感研究

论文摘要

本文着重研究了全极化合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）海面风场探测仿真、海浪成像模拟、海浪信息反演等问题。全文分为六章,各章节的内容安排如下:第一章为引言,简要介绍全极化SAR在海面风场、海浪遥感中的研究背景以及本文的研究内容。第二章简要介绍全极化SAR基础理论,主要包括极化散射模型和SAR成像原理。第三章进行全极化SAR的海面风场遥感仿真,通过仿真为将在HY-3卫星上装载的全极化SAR确定海面风场探测的最佳参数,包括频率、入射角、极化方式等。第四章进行全极化SAR海浪成像模拟。首先介绍SAR成像的基本原理,然后根据随机海浪理论构造包含长涌浪的动态海面,并利用映射投影算法进行成像模拟。第五章进行全极化SAR数据反演海浪信息的研究。从目标散射矢量解析与参数化理论出发,推导出一种反演海浪信息的新方法,该方法无需使用先验信息和复杂的成像调制传递函数,而是利用海面散射的极化信息直接计算海浪坡度和波高,过程简便快捷。采用模拟数据对该方法进行验证,所得的结果与设定值基本吻合。第六章对全文内容进行总结,并提出进一步研究的建议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 课题背景和研究现状
• 1.1.1 极化理论发展简介
• 1.1.2 全极化合成孔径雷达发展简介
• 1.2 选题的主要内容和意义
• 1.3 论文各部分的内容安排
• 第二章 全极化SAR的基础理论
• 2.1 极化散射理论基础
• 2.1.1 极化电磁波
• 2.1.2 散射矩阵和协方差矩阵
• 2.1.3 Stokes参数
• 2.1.4 Mueller矩阵
• 2.2 随机粗糙面电磁散射模型
• 2.2.1 随机粗糙面的谱函数
• 2.2.2 Kirchhoff近似法和微扰法
• 2.2.3 积分方程法
• 2.3 SAR成像原理
• 2.3.1 SAR系统简介
• 2.3.2 距离向脉冲压缩
• 2.3.3 合成孔径和方位向压缩
• 2.3.4 SAR成像算法
• 2.4 小结
• 第三章 全极化SAR海面风场探测仿真
• 3.1 散射模型及其验证
• 3.1.1 海水介电常数计算
• 3.1.2 海面波高谱
• 3.1.3 模型的有效性验证
• 3.2 海面风场探测的最佳雷达参数仿真
• 3.2.1 最佳雷达波段和极化方式分析
• 3.2.2 入射角分析
• 3.2.3 全极化后向散射系数分析
• 3.3 小结
• 第四章 全极化SAR海浪成像模拟
• 4.1 SAR的海浪成像原理
• 4.1.1 Bragg散射
• 4.1.2 真实孔径雷达的调制
• 4.1.3 速度聚束
• 4.2 动态海面的构造
• 4.3 全极化SAR海浪成像模拟
• 4.3.1 MPA成像原理
• 4.3.2 AIRSAR参数模拟结果
• 4.4 小结
• 第五章 全极化SAR海浪信息反演
• 5.1 海浪信息反演公式推导
• 5.1.1 目标散射矢量解析与参数化理论
• 5.1.2 散射面元法向量和坡度的计算式推导
• 5.2 模拟SAR数据反演结果
• 5.3 小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢