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基于SAR复数据的海浪谱反演方法研究

林莉  
【摘要】:海浪是发生在海洋表面的一类重要的小尺度波动现象,由于海浪现象本身的复杂性和随机性,通常需要依赖大量的观测数据来研究海浪的统计性质。本文概述了海浪的基本理论和主要研究问题。 合成孔径雷达是至今用于海浪观测最有效的手段之一。通过合成孔径雷达的高分辨率图像反演海浪谱具有其他观测手段不可替代的优势。本文介绍了合成孔径雷达对海面成像的物理机制和数字合成孔径的原理,分析了与海浪成像相关的各个调制传递函数。 由于传统的SAR数据得到的是一幅静态的灰度图像,因此在SAR图像反演海浪的经典方法中,仅通过SAR图像或SAR谱本身只能得到具有180°方向模糊的海浪传播方向。通过SAR反演海浪信息,必须要借助其他数据的风向或波向信息来去除方向模糊。 波模式提供了SAR的复数据,复数据中包含的相位信息体现了海面的动态变化,使得通过SAR数据本身确定波向成为可能。通过对复数据进行分视处理,得到有一定时间间隔的两幅子视图像,计算两幅子视图像的交叉谱可以获得两幅图像上波动的相位变化,进而确定波向。 本文对含有波动信息且存在短时间间隔的两视图像的交叉谱的特性进行了研究,对交叉谱的实部和虚部的谱型分布特征进行了分析。利用交叉谱的虚部反对称性质,去除了实部中的方向模糊,确定波动的传播方向。本文分析了Engen提出的海浪谱与交叉谱的非线性成像关系,并在准线性近似下,对给定的海浪谱所对应的交叉谱进行了仿真,仿真结果中交叉谱虚部的峰值所对应的波向与海浪谱一致。 本文对ENVISAT-ASAR波模式复数据进行分视处理,计算分视图像的交叉谱,通过交叉谱的实部或虚部峰值所对应的波长提取海浪的波长信息,通过交叉谱的虚部峰值所对应的波数确定海浪的传播方向。


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