基于多普勒法的SAR海表流场反演算法研究

发布时间：2017-04-30 20:08

  本文关键词：基于多普勒法的SAR海表流场反演算法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：海表流速的测量对影响全球尺度气候变化的热盐交换量起着重要的作用,而从局地尺度上讲,海流对沿岸大陆架生态系统的显著影响也不可忽略,因此加深对海流机制的认识有助于监测环境变化、维护海上安全及支持渔业发展等。卫星遥感观测技术的发展为大面积观测海流提供了一种有效的手段,在这其中,合成孔径雷达(SAR)因其全天时,全天候及高空间分辨率的特点成为观测海流的重要传感器之一。多普勒法的基本原理在于从SAR回波信号中提取的多普勒频移异常值与海面的视向运动速度存在线性关系,近年来基于SAR海面回波数据多普勒效应的中小尺度海流观测技术逐渐成为微波海洋遥感观测领域的研究热点之一。本文中首先基于双尺度模型,利用连带拉格朗日波浪理论,在假设海面的斜率及速度均服从高斯分布的前提下,给出了海面运动引起的多普勒频移及频谱宽度的理论公式,模型中考虑了大尺度波浪对短波的倾斜调制及流体力学调制作用,倾斜调制会导致HH极化的多普勒频移值大于VV极化值,流体力学调制函数中的弛豫率不为零,导致顺风和逆风时的不对称性。与经验模型CDOP的对比说明,本文中二维模型在中等入射角下是合理的。以ASAR的宽幅WSM数据为例,详细说明了从SAR图像中提取多普勒频移值所需要的数据处理方法及误差校正步骤,其中误差包括方位向误差和参考多普勒频移误差及残余误差三项,误差校正后陆地上多普勒频移的均方根误差相比于校正之前明显的减小。从WSM图像中反演的厄加勒斯海流的径向速度,其中心路径与高度计的地转流数据存在较好的一致性；径向速度因其较高的空间分辨率能够更好地突出海流的中小尺度特征。与GHRSST的融合温度数据的对比验证表明,径向速度呈现的海流特征与SST图像的特征相似;另外,径向速度、地转流速度与SST梯度沿某一横截面的定量对比显示,海流速度较大的区域对应的温度梯度值较大。值得一提的是在利用WSM数据观测厄加勒斯海流中的Natal Pulse时,径向速度图像相比于地转流数据能够更加详细地反映沿岸的海流特征,为进一步探究Natal Pulse的生成机制及演化过程提供了数据支持。在本文中提出了基于ASAR的成像模式数据IMS的改进算法,利用符号多普勒方法估计SAR图像的多普勒质心频率,因符号多普勒法对亮暗目标的权重相同,引入的方位向误差较小可以忽略不计,这样只需要校正参考多普勒频移误差项。验证了IMS在观测长江口区域的海表流场的可行性,与潮汐表的对比证明径向速度在合理的误差范围内。因受到陆地污染加上潮汐的影响,使得高度计数据不能用于长江口,所以利用SAR图像观测长江口的海表流场就更显必要。本文详细讨论了基于多普勒方法从SAR图像中反演海表流场径向速度的算法步骤,给出了厄加勒斯海流、Natal Pulse及长江口作为实验研究对象,与地转流数据、SST数据的直接对比或是与潮汐表的间接比较都佐证了该算法的可行性。同时给出基于双尺度模型的理论计算,与经验模型的CDOP的比较验证。
【关键词】：SAR 多普勒方法 海流
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P715
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 1. 引言11-21
• 1.1 本文的研究背景及意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-19
• 1.3 本文的主要研究内容19-21
• 2. SAR成像的基本理论21-29
• 2.1 SAR海面成像原理21-25
• 2.1.1 Bragg散射机制21-22
• 2.1.2 双尺度模型22-24
• 2.1.3 速度聚束效应24-25
• 2.2 多普勒质心频率25-28
• 2.2.1 方位向信号的多普勒历程25-27
• 2.2.2 多普勒质心估计27-28
• 2.3 小结28-29
• 3. 海面微波散射场的多普勒特征29-43
• 3.1 海面模型29-34
• 3.1.1 大尺度波浪的模拟29-30
• 3.1.2 Elfouhaily海谱30-32
• 3.1.3 联合统计分布特征32-33
• 3.1.4 海面散射模型33-34
• 3.2 多普勒频移和频谱宽度34-37
• 3.2.1 多普勒频移34-35
• 3.2.2 多普勒频谱宽度35-37
• 3.3 数值结果37-41
• 3.3.1 多普勒频移和频谱宽度37-39
• 3.3.2 与CDOP的比较39-41
• 3.4 小结41-43
• 4. 基于多普勒方法观测海表流场43-60
• 4.1 多普勒质心异常算法43-51
• 4.1.1 WSM多普勒质心估计方法43-44
• 4.1.2 符号多普勒法SDE44-46
• 4.1.3 多普勒质心异常算法46-47
• 4.1.4 误差校正47-51
• 4.2 观测厄加勒斯海流51-57
• 4.2.1 厄加勒斯海流简介51-52
• 4.2.2 多普勒方法观测52-54
• 4.2.3 Natal Pulse54-57
• 4.3 基于IMS数据观测长江口海表流场57-59
• 4.3.1 长江口海表流场简介57
• 4.3.2 IMS数据观测长江口57-59
• 4.4 小结59-60
• 5 总结60-62
• 参考文献62-66
• 致谢66-67
• 个人简历67
• 参加项目情况67
• 发表的学术论文67

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 龚子平;柯亨玉;侯杰昌;吴雄斌;程丰;;高频地波雷达海洋表面流测量误差分析[J];武汉大学学报(理学版);2007年03期

2 刘新成;卢永金;潘丽红;吴继伟;;长江口和杭州湾潮流数值模拟及水体交换的定量研究[J];水动力学研究与进展(A辑);2006年02期

3 吴雄斌,杨绍麟,程丰,吴世才,杨子杰,文必洋,石振华,田建生,侯杰昌,柯亨玉,高火涛;高频地波雷达东海海洋表面矢量流探测试验[J];地球物理学报;2003年03期

  本文关键词：基于多普勒法的SAR海表流场反演算法研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：337492