星载散射计海浪参数提取方法研究

论文摘要

海浪是重要的海洋动力环境参数之一,迄今为止,合成孔径雷达是唯一测量海浪谱的传感器,然而,由于它存在方位波数的截止和能量短缺,限制了其应用。卫星高度计可以测量全球有效波高,但其二维空间分辨率低,其应用也受到了限制。因此,发展一个能够全天候全天时测量海浪参数的有效方法迫在眉睫。本论文希望利用散射计提取波浪参数,主要研究工作如下:1、利用二尺度理论模拟了涌浪对C-波段后向散射系数的影响,并与前人在L-波段和Ku-波段模拟的结果进行了比较,验证了涌浪对雷达后向散射截面的影响随雷达频率增加而减小,同样也随入射角增大而减小。2、根据浮标和散射计匹配的数据发现,当海浪参数（有效波高和波陡）和雷达入射角给定后,雷达后向散射截面同方位角的关系显示二阶余弦函数关系,为此建立了一种BP神经网络波浪参数反演模式。3、分别发展了ERS卫星和QuikSCAT卫星散射计资料反演海浪参数的方法,利用NDBC浮标数据分别对它们反演的波浪参数进行了验证。并发现风浪占优势时反演有效波高的结果好于涌浪占优势;C-波段反演有效波高的结果要好于Ku波段,且在Ku波段,水平极化好于垂直极化;尤其波陡反演的效果好于有效波高的反演结果,且不受海况影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 卫星海浪遥感现状
• 1.2.1 合成孔径雷达
• 1.2.2 卫星高度计
• 1.2.3 雷达波谱计
• 1.3 微波散射计
• 1.3.1 微波散射计的测风原理
• 1.3.2 微波散射计及海面风场反演
• 1.3.3 微波散射计的发展现状
• 1.3.4 微波散射计的发展特点
• 1.4 波浪参数与风速的关系
• 1.5 波浪对雷达后向散射截面的影响
• 1.6 论文研究的思路和内容
• 1.6.1 论文研究的思路
• 1.6.2 论文研究的主要内容
• 1.7 论文创新点
• 1.8 小结
• 第二章 海浪基本理论介绍
• 2.1 海浪
• 2.1.1 海浪线性描述几个概念
• 2.1.2 海浪统计特性几个有关概念
• 2.1.3 介绍几种谱形式
• 2.1.4 波浪参数不同表示形式
• 2.2 小结
• 第三章 海面微波散射特性
• 3.1 海面微波散射的几个基本概念
• 3.1.1 散射截面
• 3.1.2 镜面反射
• 3.1.3 Bragg 共振散射
• 3.1.4 两尺度散射模型
• 波段涌浪对后向散射系数的影响'>3.2 根据二尺度模型模拟C_波段涌浪对后向散射系数的影响
• 3.3 小结
• 第四章 利用与NDBC 浮标匹配的ER51/2 数据建立模式提取波浪参数
• 4.1 雷达散射截面同海浪参数关系建立的条件
• 4.2 介绍两种算法
• 4.2.1 遗传算法（Genetic Algorithm）
• 4.2.2 神经网络算法
• 4.3 资料来源及数据匹配
• 4.3.1 ERS-1/2 散射计数据与浮标数据匹配
• 4.4 建立模式的不同方法的比较
• 4.5 雷达散射截面同海浪参数的关系
• 4.6 采用平均周期来区分风浪和涌浪建立模式
• 4.7 不同空间误差的模式结果（C-波段）与浮标数据比较
• 4.8 小结
• 第五章 利用与NDBC 浮标匹配的QUIKSCAT 数据建立模式提取波浪参数
• 5.1 QUICKSCAT 散射计（KU）数据与浮标数据匹配
• 5.2 采用平均周期来区分风浪和涌浪建立模式
• 5.3 小结
• 第六章 利用散射计数据反演波浪参数并验证
• 6.1 模式的确认
• 6.2 应用过程中模式使用的范围
• 6.3 C-波段模式的应用
• 6.4 小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 全文总结
• 7.1.1 波浪参数反演方法的提出
• 7.1.2 波浪参数反演方法的理论支持
• 7.1.3 波浪参数反演模式的建立及验证
• 7.1.4 波浪参数反演模式的应用
• 7.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢