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高分三号(GF-3)卫星波模式SAR海浪信息反演研究

王婧  
【摘要】:合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)是一种先进的主动微波成像雷达,一直以全天时、全天候对地观测的独特成像能力被人们广泛使用。GF-3卫星的发射,为海洋环境监测和海洋科学研究提供了大量新的高质量卫星数据。因此,开展针对GF-3 SAR数据的海浪反演算法研究具有很大的科研价值和商业价值。本文首先简要回顾了SAR卫星的国内外发展历程及海浪研究现状,并对海洋遥感基本概念与SAR成像机制进行了简单梳理。同时在前人的研究基础上,开展了针对GF-3 SAR数据的海浪反演算法的开发与改进研究。基于全极化GF-3 SAR波模式数据,依据有效波高(SWH)与雷达入射角、HH、HV和VV极化归一化后向散射截面(NRCS)、图像归一化方差、截断波长、主波波向和波长之间的经验关系,提出了一种SAR有效波高经验算法——QPCWAVE_GF3模型。采用该模型对SAR图像进行有效波高的反演验证,并与相应的WW3、高度计和浮标数据进行对比分析,结果显示:6个入射角模式的反演精度基本一致,SWH的RMSE约为0.55m,SI约为20%,相关系数约为0.85,而且小入射角模式更适合海浪有效波高的反演。最后对交叉极化NRCS对模型的贡献进行了研究,发现交叉极化NRCS能提高模型的反演精度,尤其是高海况的情况下。随后,利用上述模型估计SAR图像的当地海况,确定图像Lee滤波的强度,并对SAR图像进行海浪斜率估计,海浪谱估计和海浪参数提取,最后将结果与同位浮标数据进行对比分析。结果表明:波长、波周期和波向的反演精度较高,波高的整体精度较好,但分段对比结果表明,较低和较高海况下的精度虽然满足反演要求,但相比中级海况下仍稍显不足,有待进一步提高。


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