论文题目: SAR影像的海浪信息反演
论文类型: 博士论文
论文专业: 物理海洋
作者: 孙建
导师: 管长龙
关键词: 海浪方向谱,合成孔径雷达,海浪破碎,调制传递函数,海浪反演
文献来源: 中国海洋大学
发表年度: 2005
论文摘要: 海浪是物理海洋学的一个重要研究领域。海浪研究的核心问题之一是对海浪谱的研究,从海浪本身到海浪理论的应用都与海浪谱密切相关。而二维海浪方向谱是极难获得的。SAR是唯一一种可以在其运行轨道上连续获得大面积的海浪方向谱的仪器,因此研究如何从SAR影像中准确有效地获取海浪信息对海浪的研究具有重要的科学意义。 本文综述了SAR的海浪成像理论和海浪谱的SAR仿真、反演模式,研究了海浪破碎对SAR成像的影响和各个海浪谱参数在成像关系中的作用,发展了SAR的海浪谱反演模式——参数化初猜谱模式,并将该模式应用于多种海浪状况的SAR影像的反演当中。 SAR是一种通过在运行路径上对返回的信号进行数字合成从而获得高分辨率的一种传感器。海浪中的短波部分与电磁波产生Bragg共振使电磁波返回,而长波部分调制Bragg波使长波在SAR上成像。根据速度聚束作用的强弱,SAR的成像关系可以是非线性的和线性的。文中根据普遍情况的非线性成像关系,建立了从海浪方向谱到SAR谱的数值仿真模式,并研究了各种谱型和谱参数对仿真SAR谱的影响。结果表明:在谱空间里,成像的非线性作用除了使方位方向相对高波数被截断,还通过“挤压”作用使SAR谱谱峰所对应的方向角偏离海浪谱谱峰所对应的方向角,这种偏离的大小与角散系数有关。角散系数越大,SAR谱与海浪谱谱峰位置的一致性就越好。 本文分析了国际上盛行的两种SAR的海浪谱反演模式——MPI和SPRA的理论原理,提出了二者的优缺点。并提出了一种改进的模式——参数化初猜谱模式,在模式当中,采用了用风速附加信息和卫星参数来计算分离波数,根据分离波数采用高斯高通、低通滤波器将SAR谱分成风浪SAR谱和涌浪SAR谱。对于风浪SAR谱,寻找最佳风浪谱参数(包括浪向、主波相速和角散系数)来使之对应。对于涌浪SAR谱,直接用线性关系求逆。通过与MPI和SPRA的对比,发现参数化初猜谱方法得到的最优的SAR谱与SAR图像谱最一致。
论文目录:
1 引言
1.1 海浪方向谱及其观测的困难
1.2 SAR——可连续获得大面积方向谱信息的传感器
1.3 SAR的海浪观测与反演技术的发展历程及研究现状
1.3.1 主要的SAR卫星概况
1.3.2 SAR的海浪信息提取的研究现状
1.4 本文的研究内容
2 SAR的工作原理及海浪的SAR成像基础
2.1 引言
2.2 几个基本概念
2.3 真实孔径雷达(REAL APERTURE RADAR)
2.3.1 雷达成像几何关系
2.3.2 距离向分辨率
2.3.3 RAR的方位向分辨率
2.4 孔径合成原理
2.4.1 方位向分辨率
2.4.2 目标运动的影响
2.5 SAR的海浪成像
2.5.1 双尺度模式
2.5.2 真实孔径雷达的调制
2.5.3 速度影响
2.6 小结
3 海浪的SAR仿真模型
3.1 仿真模型
3.1.1 线性成像关系
3.1.2 调制传递函数
3.1.3 运动所导致的速度聚束作用
3.1.4 调制传递函数的讨论
3.1.5 一般非线性映射关系
3.1.6 仿真模型的计算程序
3.2 仿真模型的数值试验与讨论
3.2.1 海浪方向谱的输入
3.2.2 仿真模式的参数设置
3.2.3 SAR谱的特点
3.2.4 谱参数对SAR谱的影响
3.3 小结
4 SAR的海浪反演模式
4.1 MPI反演模式
4.1.1 MPI算法的理论
4.1.2 MPI算法流程
4.1.3 MPI模式的计算缺陷
4.2 半参数反演方法(SPRA)
4.2.1 SPRA的理论及步骤
4.2.2 SPRA流程
4.2.3 SPRA的优势及不足
4.3 本文提出的方法——参数化初猜谱方法
4.3.1 风浪涌浪共存时SAR的非线性海浪成像关系
4.3.2 谱空间内风浪涌浪的判别标准
4.3.3 参数化初猜谱反演模式的计算步骤：
4.4 参数化初猜谱模式的一些补充说明
4.4.1 SAR图像谱的获得
4.4.2 SAR图像谱的分离
4.4.3 参数化初猜谱的得出
4.5 方法的比较
4.6 小结
5 浪破碎作用对SAR成像的影响
5.1 海浪破碎的理论与观测
5.2 海浪破碎对后向散射截面的影响
5.2.1 海面散射的两种形式
5.2.2 Bragg散射的雷达后向散射截面
5.2.3 波浪破碎对雷达后向散射截面的影响
5.3 海浪破碎对MTF的影响
5.3.1 对倾斜调制MTF的影响
5.3.2 对流体动力调制MTF的影响
5.4 小结
6 各种海面状况下SAR的海浪谱反演实例
6.1 资料说明
6.1.1 ERS-SAR产品
6.1.2 ENVISAT-ASAR产品
6.1.3 浮标资料
6.2 反演的海浪参数与浮标的比较
6.2.1 波高的获得
6.2.2 波长和波向的获得
6.3 不同海浪状况的计算实例
6.3.1 纯涌浪海区的海浪计算实例
6.3.2 大浪、巨浪海区的海浪计算实例
6.3.3 海浪绕射(Diffraction)效应的观测与计算
6.3.4 岛屿附近海区的海浪计算实例
6.4 小结
7 结语
参考文献
致谢
发布时间: 2005-10-26
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