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L波段SAR海面风场反演研究

张毅  
【摘要】: 海面风场是海洋和大气的重要要素。随着遥感技术的发展,合成孔径雷达(SAR)以其全天候、全天时、高空间分辨率的优势成为观测海面风场的一个重要手段。本文以理论分析为基础,采用计算机仿真与实际数据相结合的方法,对海面风场SAR遥感中的仿真和探测技术进行了深入的研究与探讨。 本文首先研究了海面的电磁散射特性,介绍了几种经典的海面后向散射模型,并总结了SAR海浪成像机制,阐述了海浪对SAR信号的三种调制方式。这些是理解海洋SAR图像的理论基础,也是SAR海面风场仿真及实际反演的基础。 本文所采用的风场反演模型是在双尺度模型基础上,结合了对风生短波谱的研究,由国内学者徐丰等提出的能适用于相当宽微波频率范围的散射模型。本文在对此模型进行了详细地介绍之后,对该模型在不同海面风速、风向、雷达入射角、极化条件下的海面雷达后向散射截面进行了仿真研究,结果表明,海面雷达后向散射系数在不同程度上依赖于风速、风向、雷达入射角和极化方式,这对应用实际数据进行SAR海面风场反演具有指导作用。 本文利用L波段的机载SAR数据进行了实际的海面风场反演。风场反演包括风向反演和风速反演两部分,对于风向反演,本文采用计算SAP图像波数谱的方法来获得,并通过利用海面后向散射系数迎顺风不对称的特点来消除180°的方向模糊。对于海面风速的反演,针对SAR图像未经辐射校正的特点,本文首先利用风速的现场测量值和测量点附近的图像数据,采用统计取平均的方法计算出反演校正系数,再用此系数校正其它区域的图像数据,从而得到每个像元的后向散射系数,最后输入模型函数来反演海面风速。实际结果显示是有效的。


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