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SAR影像的海浪信息反演

孙建  
【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。


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