高分宽幅SAR海洋内波探测与参数提取技术研究
发布时间：2021-03-02 09:04
海洋内波是一种分布范围较广的海洋现象,对内波的有效探测需要借助广域高分辨探测手段。合成孔径雷达（SAR）具有全天候、全天时、高分辨的优势,常被用来对地面、海洋探测成像,在SAR基础上扩展出的高分宽幅SAR和干涉SAR也成为海洋探测中重要研究方向,其中采用多发多收（MIMO）的模式实现高分宽幅SAR探测成像成为研究热点,以获取大覆盖、高分辨的海洋图像,同时应用干涉处理可以获得海洋的动态信息。本文主要设计满足高分宽幅条件的星载MIMO-SAR,实现MIMO-SAR对海洋内波的高分宽幅测量和参数提取,主要研究内容如下:本文首先通过对海洋内波的一维、二维以及水下运动物体引起的内波模型的研究和仿真,分析了水下运动物体不同深度和速度对内波幅度的影响。对随机海浪进行推导和仿真,而内波与随机海浪之间不是简单的叠加关系,通过对波流相互作用的分析推导,仿真了随机海浪背景下的内波,对内波和电磁波之间的作用机理进行探讨,利用多尺度散射模型形成内波的电磁散射模型。然后,针对星载SAR研究单基相控阵MIMO-SAR,分析雷达系统参数及平台和环境对成像的影响因素,探讨星载高分宽幅MIMO-SAR的轨道高度、频率、极...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：125 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SAR内波遥感图像
哈尔滨工业大学硕士学位论文-17-表2-1一维Kdv仿真参数振幅跃层深度深度密度两层密度差45m80m400m1024.5kg/m32.5kg/m3表2-2二维KP仿真参数跃层深度深度空间步长时间步长网格200m1000m111.8×234661.86s1008×48()201exptttAT=(2-12)图2-5一维内孤立波传播仿真图图2-6二维孤立内波传播仿真图2.3源致内波数值模拟当流体分层时，流体内运动物体的运动使得流体发生振动进而生成内波，本节对运动的点源的内波进行推导仿真，并采用了源汇分布方法。假定水下运动是旋转体，根据叠加原理，模拟运动物体激发内波的波高和波速。2.3.1点源内波模型假设运动物体的中心为点源，且作为坐标原点。物体处于均匀流动的流体中，则直角坐标系将随物体的运动而移动，x轴平行于自由表面，z轴与自由表面垂直，均匀流速的方向表示x轴的正方向，z轴为正。利用连续性方程及欧拉方程在忽略粘度的影响下，可对内波进行描述()()()00uuuppUuvwxyzx+++++=(2-13)()()()00vvvppUuvwxyzy+++++=(2-14)
哈尔滨工业大学硕士学位论文-22-图2-8水下运动物体源汇分布波速如下所示(,,)(,,)ssu=Quxayzux+ayz(2-50)其中(,,)suxyz是点源扰动速度，结合点源波速的计算，可以得到由移动的物体激发的内波的波速()()0204sincoscossinsincoscosjjjjjkQWuKxKyKadD=(2-51)()()0204coscossinsinsincossinjjjjjkQWvKxKyKadD=(2-52)()()0204coscoscossinsincosjjjjjjkQWwKxKyKaKdD=(2-53)稳定相位法用于解决上述问题，如果将物体视为细长体，幅度2Q=RU，a是物体的一半长度，物体模型的半径是R，源与汇之间的距离是2a。0阶模态的波速和波高如下所示()2222sec30sin(sec)cos(secsin)sin(sec)seczhQuxyaed=(2-54)()2222sec40cos(sec)sin(secsin)cos(sec)secsinzhQvxyaed=(2-55)()2222sec40cos(sec)cos(secsin)cos(sec)seczhQwxyaed=(2-56)()2222sec30sin(sec)cos(secsin)sin(sec)seczhQUxyaedg=(2-57)运动物体产生的内波主要步骤如图2-9所示。点源内波分布源汇法叠加原理运动物体内波图2-9运动物体内波生成框图
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于TerraSAR-X卫星数据的内孤立波参数和海表流速信息提取的探索研究[J]. 曾智,李晓明,任永政,陈学恩. 海洋学报. 2020(01)
[2]非线性海洋内波的理论、模型与计算[J]. 王展,朱玉可. 力学学报. 2019(06)
[3]The first quantitative remote sensing of ocean internal waves by Chinese GF-3 SAR satellite[J]. YANG Jingsong,WANG Juan,REN Lin. Acta Oceanologica Sinica. 2017(01)
[4]“十三五”规划之海洋篇[J]. 云行. 卫星应用. 2016(06)
[5]希尔伯特—黄变换在遥感图像中的实例研究与应用展望[J]. 范开国,顾艳镇,陈春涛,许可,陈鹏. 海洋技术学报. 2015(04)
[6]SAR图像海洋内波参数自动提取方法[J]. 陈捷,陈标,陶荣华,许素芹. 海洋技术学报. 2014(06)
[7]EMD在海洋内波研究中的应用[J]. 杨刚,陈标,张本涛. 舰船电子工程. 2014(03)
[8]顺轨干涉SAR海洋表面流场迭代反演算法[J]. 于祥祯,种劲松,洪文. 电子与信息学报. 2012(11)
[9]水下运动体体效应内波理论分析研究[J]. 洪方文,姚志崇,高丽瑾,王小青. 水动力学研究与进展A辑. 2012(04)
[10]基于EEMD的SAR海洋内波参数反演[J]. 汪雄良,王春玲,朱炬波,梁甸农. 测试技术学报. 2012(01)
博士论文
[1]孤立子理论在中国的发展（1978-1989）[D]. 包霞.内蒙古师范大学 2019
[2]南海北部陆架坡折附近的海底沙波的形态特征、活动规律和成因机制[D]. 张洪运.中国科学院大学(中国科学院海洋研究所) 2019
[3]吕宋海峡内潮生成与传播的数值模拟研究[D]. 刘昆.中国科学院研究生院(海洋研究所) 2016
[4]星载多通道高分辨宽测绘带合成孔径雷达成像处理技术研究[D]. 杨桃丽.西安电子科技大学 2014
[5]南海内孤立波的空间分布与时间变化特征研究[D]. 黄晓冬.中国海洋大学 2013
[6]海面舰船尾迹电磁散射研究[D]. 孙荣庆.西安电子科技大学 2013
[7]南海东北部内波的X波段雷达监测方法及数值模拟研究[D]. 吕海滨.中国科学院研究生院（海洋研究所） 2011
[8]光学遥感影像中耀斑区内孤立波信息提取模型[D]. 康健.中国海洋大学 2009
[9]陆架陆坡区内孤立波的演化：理论分析与数值实验研究[D]. 李群.中国海洋大学 2008
[10]分层流体中内波对物体的作用力[D]. 陈旭.中国海洋大学 2006
硕士论文
[1]多通道SAR高分辨率宽测绘带成像及地面动目标指示技术研究[D]. 郭子越.南京航空航天大学 2019
[2]SAR海洋内波成像特性分析与识别方法研究[D]. 孟芸芸.哈尔滨工业大学 2018
[3]基于遥感影像的安达曼海及其邻近海域内波分析[D]. 周礼英.浙江大学 2018
[4]多通道合成孔径雷达地面动目标指示及宽域成像技术研究[D]. 蒋朋辉.南京航空航天大学 2018
[5]星载合成孔径雷达对海内波检测与参数估计[D]. 曹锦涛.哈尔滨工业大学 2017
[6]水下运动体尾迹电磁散射特性研究[D]. 高爽.哈尔滨工程大学 2017
[7]顺轨干涉SAR多尺度海表面流速提取与验证[D]. 刘宏伟.内蒙古大学 2016
[8]南海北部内孤立波三维数值模拟[D]. 迟乐泉.中国海洋大学 2014
[9]二模态内孤立波的数值模拟实验[D]. 梁建军.中国海洋大学 2012
[10]深海内波传播模型及其数值模拟的研究[D]. 马瑞玲.中国海洋大学 2012
本文编号：3059000
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：125 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SAR内波遥感图像
哈尔滨工业大学硕士学位论文-17-表2-1一维Kdv仿真参数振幅跃层深度深度密度两层密度差45m80m400m1024.5kg/m32.5kg/m3表2-2二维KP仿真参数跃层深度深度空间步长时间步长网格200m1000m111.8×234661.86s1008×48()201exptttAT=(2-12)图2-5一维内孤立波传播仿真图图2-6二维孤立内波传播仿真图2.3源致内波数值模拟当流体分层时，流体内运动物体的运动使得流体发生振动进而生成内波，本节对运动的点源的内波进行推导仿真，并采用了源汇分布方法。假定水下运动是旋转体，根据叠加原理，模拟运动物体激发内波的波高和波速。2.3.1点源内波模型假设运动物体的中心为点源，且作为坐标原点。物体处于均匀流动的流体中，则直角坐标系将随物体的运动而移动，x轴平行于自由表面，z轴与自由表面垂直，均匀流速的方向表示x轴的正方向，z轴为正。利用连续性方程及欧拉方程在忽略粘度的影响下，可对内波进行描述()()()00uuuppUuvwxyzx+++++=(2-13)()()()00vvvppUuvwxyzy+++++=(2-14)
哈尔滨工业大学硕士学位论文-22-图2-8水下运动物体源汇分布波速如下所示(,,)(,,)ssu=Quxayzux+ayz(2-50)其中(,,)suxyz是点源扰动速度，结合点源波速的计算，可以得到由移动的物体激发的内波的波速()()0204sincoscossinsincoscosjjjjjkQWuKxKyKadD=(2-51)()()0204coscossinsinsincossinjjjjjkQWvKxKyKadD=(2-52)()()0204coscoscossinsincosjjjjjjkQWwKxKyKaKdD=(2-53)稳定相位法用于解决上述问题，如果将物体视为细长体，幅度2Q=RU，a是物体的一半长度，物体模型的半径是R，源与汇之间的距离是2a。0阶模态的波速和波高如下所示()2222sec30sin(sec)cos(secsin)sin(sec)seczhQuxyaed=(2-54)()2222sec40cos(sec)sin(secsin)cos(sec)secsinzhQvxyaed=(2-55)()2222sec40cos(sec)cos(secsin)cos(sec)seczhQwxyaed=(2-56)()2222sec30sin(sec)cos(secsin)sin(sec)seczhQUxyaedg=(2-57)运动物体产生的内波主要步骤如图2-9所示。点源内波分布源汇法叠加原理运动物体内波图2-9运动物体内波生成框图
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于TerraSAR-X卫星数据的内孤立波参数和海表流速信息提取的探索研究[J]. 曾智,李晓明,任永政,陈学恩. 海洋学报. 2020(01)
[2]非线性海洋内波的理论、模型与计算[J]. 王展,朱玉可. 力学学报. 2019(06)
[3]The first quantitative remote sensing of ocean internal waves by Chinese GF-3 SAR satellite[J]. YANG Jingsong,WANG Juan,REN Lin. Acta Oceanologica Sinica. 2017(01)
[4]“十三五”规划之海洋篇[J]. 云行. 卫星应用. 2016(06)
[5]希尔伯特—黄变换在遥感图像中的实例研究与应用展望[J]. 范开国,顾艳镇,陈春涛,许可,陈鹏. 海洋技术学报. 2015(04)
[6]SAR图像海洋内波参数自动提取方法[J]. 陈捷,陈标,陶荣华,许素芹. 海洋技术学报. 2014(06)
[7]EMD在海洋内波研究中的应用[J]. 杨刚,陈标,张本涛. 舰船电子工程. 2014(03)
[8]顺轨干涉SAR海洋表面流场迭代反演算法[J]. 于祥祯,种劲松,洪文. 电子与信息学报. 2012(11)
[9]水下运动体体效应内波理论分析研究[J]. 洪方文,姚志崇,高丽瑾,王小青. 水动力学研究与进展A辑. 2012(04)
[10]基于EEMD的SAR海洋内波参数反演[J]. 汪雄良,王春玲,朱炬波,梁甸农. 测试技术学报. 2012(01)
博士论文
[1]孤立子理论在中国的发展（1978-1989）[D]. 包霞.内蒙古师范大学 2019
[2]南海北部陆架坡折附近的海底沙波的形态特征、活动规律和成因机制[D]. 张洪运.中国科学院大学(中国科学院海洋研究所) 2019
[3]吕宋海峡内潮生成与传播的数值模拟研究[D]. 刘昆.中国科学院研究生院(海洋研究所) 2016
[4]星载多通道高分辨宽测绘带合成孔径雷达成像处理技术研究[D]. 杨桃丽.西安电子科技大学 2014
[5]南海内孤立波的空间分布与时间变化特征研究[D]. 黄晓冬.中国海洋大学 2013
[6]海面舰船尾迹电磁散射研究[D]. 孙荣庆.西安电子科技大学 2013
[7]南海东北部内波的X波段雷达监测方法及数值模拟研究[D]. 吕海滨.中国科学院研究生院（海洋研究所） 2011
[8]光学遥感影像中耀斑区内孤立波信息提取模型[D]. 康健.中国海洋大学 2009
[9]陆架陆坡区内孤立波的演化：理论分析与数值实验研究[D]. 李群.中国海洋大学 2008
[10]分层流体中内波对物体的作用力[D]. 陈旭.中国海洋大学 2006
硕士论文
[1]多通道SAR高分辨率宽测绘带成像及地面动目标指示技术研究[D]. 郭子越.南京航空航天大学 2019
[2]SAR海洋内波成像特性分析与识别方法研究[D]. 孟芸芸.哈尔滨工业大学 2018
[3]基于遥感影像的安达曼海及其邻近海域内波分析[D]. 周礼英.浙江大学 2018
[4]多通道合成孔径雷达地面动目标指示及宽域成像技术研究[D]. 蒋朋辉.南京航空航天大学 2018
[5]星载合成孔径雷达对海内波检测与参数估计[D]. 曹锦涛.哈尔滨工业大学 2017
[6]水下运动体尾迹电磁散射特性研究[D]. 高爽.哈尔滨工程大学 2017
[7]顺轨干涉SAR多尺度海表面流速提取与验证[D]. 刘宏伟.内蒙古大学 2016
[8]南海北部内孤立波三维数值模拟[D]. 迟乐泉.中国海洋大学 2014
[9]二模态内孤立波的数值模拟实验[D]. 梁建军.中国海洋大学 2012
[10]深海内波传播模型及其数值模拟的研究[D]. 马瑞玲.中国海洋大学 2012
本文编号：3059000
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