基于微波图像的辽东湾海冰典型要素信息提取

论文摘要

业务化海冰遥感监测的要素主要包括海冰类型、海冰厚度和海冰范围（冰缘线）。本文针对辽东湾海冰的特点,结合星载合成孔径雷达（SAR）、机载微波辐射计（ABMR）和星载微波辐射计遥感图像观测辽东湾海冰,发展海冰要素探测算法,提取海冰类型、海冰厚度和冰缘线信息。海冰类型SAR信息提取方面,首先分析了双极化ENVISAT ASAR数据不同极化方式的海冰探测能力。然后利用SAR图像,结合同步TM数据和航空照片,开展辽东湾地区不同类型海冰的电磁特性研究。研究结果表明,SAR图像可较好地区分沿岸固定冰、平整冰和碎冰堆积区,但在探测初生冰方面并不可靠,探测结果与海冰生长阶段以及海冰周围环境条件有关。根据SAR图像中海冰类型的分析,将PCNN神经网络用于海冰SAR图像的分割和海冰分类,并对PCNN做了简化和改进。经SAR图像分类结果测试,简化和改进后的PCNN可较好地区分SAR图像中的海冰类型。通过分析了PCNN网络各参数对SAR图像分割结果的影响,指出了各参数的取值范围,并在此基础上建立了基于PCNN神经网络的海冰SAR图像半自动分类判读系统。海冰厚度机载微波辐射计信息提取方面,推导了非相干模式的ABMR海冰厚度反演模型,并首次得到了模型中高阶亮温辐射项的计算表达式。通过对模型的分析,指出ABMR只能测量一定范围内的海冰厚度。其中,最大海冰探测厚度不仅决定于ABMR的波长,而且还受到仪器精度的限制;最小海冰探测厚度只与仪器的波长有关。在此基础上,定量计算了我国几种常用波长ABMR的海冰厚度探测范围。并结合辽东湾海冰冰情等级,指出适合不同海冰冰情等级的ABMR的选择。最后分析了海冰厚度反演模型的影响因素和模型的适应范围。海冰边缘线星载微波辐射计信息提取方面,首次将PSSM算法用于AMSR数据,提取辽东湾海冰边缘线信息,可得到空间分辨率为2.5km、重复周期为1d的辽东湾海冰边缘线信息。通过提取结果与Jason-1高度计和SAR探测海冰边缘线的比较,验证了PSSM方法探测辽东湾海冰边缘线的有效性。论文的最后对全文做了总结,并提出和讨论了需要进一步开展的工作。

论文目录

• 第一章 引言
• 1.1 辽东湾海冰
• 1.2 海冰微波遥感
• 1.3 本文的思路
• 第二章 辽东湾海冰类型SAR 信息提取
• 2.1 海冰类型及电磁散射特征
• 2.2 辽东湾海冰类型SAR 响应分析
• 2.2.1 不同极化SAR 数据分析及通道选择
• 2.2.2 辽东湾海冰类型SAR 响应分析
• 2.2.3 海冰SAR 图像时间序列分析
• 2.3 基于PCNN 神经网络的海冰类型SAR 信息提取
• 2.3.1 PCNN 神经网络介绍
• 2.3.2 基于时间索引图PCNN 神经网络的海冰SAR 图像分割
• 2.3.3 PCNN 海冰SAR 图像分类系统
• 2.4 小结
• 第三章 辽东湾海冰厚度机载微波辐射计信息提取
• 3.1 机载微波辐射计海冰厚度反演模型推导
• 3.1.1 海冰三层介质系统
• 3.1.2 冰层吸收率计算
• 3.1.3 ABMR 亮温计算
• 3.2 机载微波辐射计海冰厚度探测范围分析
• 3.2.1 海冰厚度探测范围上限确定
• 3.2.2 海冰厚度探测范围下限-最小海冰探测厚度
• 3.2.3 适合辽东湾海冰厚度探测的ABMR 选择
• 3.3 海冰厚度反演模型影响因素分析
• 3.3.1 模型系数的稳定性
• 3.3.2 冰上积雪和积水的影响
• 3.4 机载微波辐射计辽东湾海冰厚度模型应用实验
• 3.4.1 应用实验及数据处理
• 3.4.2 结果验证
• 3.5 小结
• 第四章 辽东湾海冰边缘线信息提取PSSM 方法评价
• 4.1 PSSM 方法介绍
• 4.2 辽东湾海冰边缘线探测PSSM 方法应用
• 4.2.1 AMSR-E 数据分析
• 4.2.2 迭代结果及分析
• 4.3 PSSM 方法评价
• 4.4 小结
• 第五章 结论与进一步的工作
• 5.1 本文的结论
• 5.2 进一步的工作
• 参考文献
• 致谢
• 发表文章目录
• 攻读博士学位期间参加的学术活动和获奖情况
• 攻读博士学位期间参加的课题工作
• 附录1 辽东湾海冰特点
• 附录2 机载微波辐射计部分证明
• 附录3 高度计海冰探测