合成孔径雷达海面风场反演研究进展

合成孔径雷达高分辨率、全天候的观测能力使其成为大面积获取高分辨海面风场的重要手段,这有助于我们理解各种海洋现象的物理过程,尤其是在海岸带,合成孔径雷达反演风场更具优势。以合成孔径雷达风向确定方式为主线,详细阐述了国内外学者在合成孔径雷达风场反演方面的研究进展,主要包括：利用影像线性纹理特征进行风场反演、基于外部初始风向的风场反演方法以及利用影像本身所包含的其它信息进行的风场反演工作,诸如距离向入射角差异、多极化后向散射等,并对合成孔径雷达风场反演的发展给出自己的观点。     

基于长时间序列ASAR数据的近海风场反演

首先获取覆盖浙江省近海215景长时间序列多模式ASAR Level 1B数据,对获取的ASAR数据进行几何校正、辐射定标、极化比转化、噪声剔除后,将所有的影像统一重采样得到1km×1km分辨单元的后向散射系数影像,尝试利用CCMP风向作为SAR风速反演地球物理模式函数的风向初始场,对比目前国际上最常用的3种模式函数CMOD4、CMOD-IFR2和CMOD5的风速反演效果,将反演得到风速分别与CCMP插值风速和现场观测气象站点的风速进行对比,结果表明CCMP风向数据可作为SAR风速反演的风向初始场,其中结合CMOD4模式函数能够得到较高精度的反演风速,由于CCMP数据有效时间长、覆盖范围广、易于获取,因此联合CCMP风向有利于SAR近海风场反演的业务化应用。     

NCEP/QSCAT混合风向用于SAR图像反演高分辨率海面风速

SAR图像反演高分辨率海面风速在微波遥感领域具有重要的意义。利用 SAR图像和NCEP/QSCAT混合风向数据,对NCEP/QSCAT混合风向用于SAR图像反演高分辨率海面风速的方法进行了初步研究。以2005年12月6日一景ENVISat ASAR图像为例,反演了大范围、高分辨率海面风速。海面风速的反演结果与NCEP/QSCAT混合风速、日平均散射计风速的比较结果显示,其均方根误差分别为1.9 m/s、1.6 m/s,二者符合较好,显示了SAR反演高分辨率海面风速的能力与SAR海面风场业务化应用的前景。     

基于星载微波辐射计的海面风场对海表盐度反演影响研究

为了研究海面风场对海表盐度反演结果的影响,需要构建准确的海面风场影响下的海表亮温模型。将不同海面粗糙度模型计算的结果与Aquarius盐度计卫星产品中的海面粗糙度数据进行了比较,结果表明双尺度模型结合海面泡沫模型的计算结果与Aquarius卫星产品粗糙度数据一致性最好。基于此构建了海面风场影响下的海面亮温仿真模型以及双极化通道的盐度反演模型,研究了海面风场对L波段海面微波辐射特性的影响以及风场资料误差对盐度反演精度的影响。仿真结果表明,2m/s的风速误差对盐度反演结果的影响较大。在低温和大风速条件下达到1psu以上,尚不能满足目前盐度遥感的精度要求。20°的风向误差对在中小入射角条件下对盐度反演结果影响较小,对盐度遥感的月平均要求影响不大。     

星载全极化微波辐射计海面风向反演仿真研究

全极化微波辐射计是一种可以测量海面辐射全部4个Stokes参数的新型被动遥感仪器,是测量海面风场、尤其是海面风向的新手段。介绍了国际首台全极化微波辐射计WindSat的海面风向信号谐波特征,在分析风向反演180°模糊度现象的成因基础之上,提出了利用WindSat能够进行前-后向双视扫描的优势去除风向反演180°模糊度问题的思路;通过构建海面风场仿真场景,在WindSat模拟亮温数据中加入高斯白噪声后,使用最大似然估计法和中值滤波技术开展了海面风向反演。比较和分析了使用WindSat前向刈幅和WindSat前-后向刈幅观测数据的风向反演结果。结果表明:由于能够有效去除风向反演180°模糊度,使用前-后向刈幅观测数据的风向反演精度要明显优于仅仅使用前向刈幅的反演结果。     

应用模拟海杂波图像反演海面风场算法研究

针对传统灰度模型光流法计算海面风场误差较大的问题,提出了改进海面风场反演算法,该算法包含2部分:一是根据航海雷达图像特点,提出了基于灰度和梯度不变模型光流法的海面风向反演算法,并应用直方图统计光流场计算主风向;二是应用BP网络建立风速与雷达散射截面、电磁波方向与风向的非线性模型,据此计算风速.最后应用模拟、实测图像开展实验,对风向和风速反演结果进行比对、分析.实验结果表明,航海雷达具有很高测量风速、风向的能力,同时也验证了文中算法的可行性.     

全极化微波信号海面风场反演技术现状与发展趋势

全极化微波辐射计是一种新型的被动微波遥感仪器,可以测量海面辐射的全部4个Stokes参数,提供了测量海面风场的一种新方法。首先介绍了国内外先进微波辐射计的技术特点及其海洋遥感应用情况,然后描述了海面微波发射信号的变化机理,以及海面全极化信号的风向谐波特征及其反演海面风场的优势,归纳了全极化微波信号海面风场反演的总体技术思路和产品精度,最后分析了全极化微波辐射计风场反演的关键技术和难点,并对该项技术的发展进行了展望。     

基于不变矩的SAR图象海面油膜形态分类

应用模式识别中区域内部变换的形状分析方法－－不变矩方法,提取海洋ＳＡＲ图象中的表面油膜特征,并结合表面油膜的边缘梯度特征,采用动态聚类的方法对ＳＡＲ图象中的表面油膜进行分类,获得比较满意的分类效果。     

多源卫星融合的广东海域海面风场特征

针对大部分风场时空融合算法复杂、执行效率低、业务推广难的问题,基于HY-2A和MetOp-B海面风场数据提出一种快速可行的时间空间插值融合算法,并将融合产品用于广东附近海域海面风场特征的研究。算法通过时间匹配和空间插值,获取了空间分辨率为0.25°×0.25°、数据时间差控制在30分钟以内的融合风场。浮标观测数据验证结果表明,该方法有效地弥补2种卫星数据的覆盖盲区,融合风速和风向均具有较好的精度。在此基础上,本文利用融合风场成功捕捉1622号台风"海马",掌握该台风当日对全广东附近海域海面风场的影响;分析2016年10月研究区域的上、下旬及整个月份的风场分布特征和变化规律,为海洋预报、区域海洋动力环境研究以及海洋防灾减灾策略的制定等提供数据支撑。     

全极化合成孔径雷达海浪遥感方法

提出了一种利用全极化真实孔径雷达测量方位方向和距离方向海浪斜率的新方法,该方法不同于极化方向角估计海浪方位向斜率方法,利用两种线极化图像信息将有关弱极化项剔除(流体动力学调制),获得仅包含倾斜项和极化调制项的雷达成像公式。利用机载SAR取代真实孔径雷达进行海浪反演,获得了与浮标致的结果。另外,在速度聚束模式情况下,推导了双极化合成孔径雷达图像谱同海浪谱的非线性变换关系。     

极化合成孔径雷达测量海浪的研究

描述了极化合成孔径雷达海浪成像过程。提出了一种极化雷达反演海浪方向谱的方法,该方法利用合成孔径雷达图像谱与海浪方向谱之间简单的线性关系和最优方法反演得到海浪方向谱,并将结果与现场资料进行了比较。经过对同一海区机载雷达P、L、C 3个波段的图像进行反演,其方向谱相当一致,而且有效波高和波向与实测数据吻合相当好。     

合成孔径雷达图像中的动目标速度联合估计

为估计复数合成孔径雷达图像中动目标的速度,本文基于对称散焦滤波技术设计了联合速度估计方法.对于一个动目标雷达图像,该方法首先利用一距离向速度值在距离多普勒平面将目标的距离多普勒轨迹沿距离向对齐,然后利用一方位向速度值构建的对称散焦滤波器沿方位向将该目标图像重新聚焦,得到两个新的目标图像.通过计算这两幅散焦图像的锐度差,可建立一个以距离向速度和方位向速度为变量的锐度差曲面.在曲面的峰值或谷底处即可得到目标速度的估计值.理论分析和实验结果表明了该方法的可行性和有效性.     

水平集分割方法在合成孔径雷达图像目标识别中的应用

正确分割目标、提取目标的有效特征是合成孔径雷达图像目标识别中的一个关键问题。将水平集图像分割方法应用于合成孔径雷达图像目标识别,将目标图像中的目标区和阴影区从背景杂波中分割出来,其中目标区的形状作为目标的有效特征用于基于模板匹配的目标识别中。用MSTAR数据库中的3类目标的图像数据对该方法进行验证和分析,实验结果表明,在基于模板匹配的目标识别中,该分割方法可提取出有效的目标形状特征,实现目标的正确识别。      

雷达图像模拟研究综述

随着成像雷达系统的发展，对于雷达图像模拟技术的研究越来越多。本文回顾了雷达图像模拟的发展过程，介绍了雷达图像模拟技术的三种方法，并对其应用做了较全面的综述。     

干涉合成孔径雷达海浪遥感研究

海浪是重要的海洋环境参数, 它对港口建设、海上航行、油气田开发等具有重要的意义。合成孔径雷达(Syn thet ic Apertu re Radar, SAR ) 是目前大范围测量海浪的主要工具, 用它来估计海浪主波系统的波长和传播方向比较好, 但要定量的提供海浪的振幅以及SAR 图像强度与实际海面的关系是相当困难的, 而且由SAR 图像获取海浪方向谱也比较复杂。沿航迹干涉合成孔径雷达(Along-Track Interferometric Synthet ic Aperture Radar,ATI-SAR ) 是在平台飞行方向上安置两根天线的双天线合成孔径雷达。相对于合成孔径雷达, 真实孔径雷达调制传递函数对沿航迹干涉合成孔径雷达相位图像的影响很小, 因此沿航迹干涉合成孔径雷达更适合测量海浪。详细介绍了沿航迹干涉合成孔径雷达海浪遥感的成像机制, 为进一步反演海浪方向谱奠定了基础, 最后针对目前研究存在的问题以及今后有待研究的方向进行了探讨。     

利用星载SAR图像检测海洋锋的方法

海洋锋区剪切流、辐聚流与海洋表面波之间存在相互作用,将这种相互作用处理为对海浪谱的扰动,来分析其对海浪谱密度和谱梯度的影响;根据两尺度模型,分析了海面小尺度波(厘米级)和大尺度波(海浪)与雷达后向散射系数的关系,从而说明了海洋锋的SAR成像原理。在海面SAR图像中,海洋锋的尺度比海浪的尺度大2~3个数量级,可以通过二维空间谱分析,将海浪信息的主要部分滤除,再利用数字图像处理技术提取海洋锋的特征信息,由此形成了一套用海面SAR图像提取海洋锋特征参数的信息处理方法。     

基于合成孔径雷达回波数据的海岸线提取方法

合成孔径雷达(synthetic aperture radar,简称SAR)通过对地面目标的多次照射来提高方位向上的目标分辨能力,由此使现有的SAR目标检测算法通常是一个基于SAR图像的"后处理"过程.在分析各种成像算法和现有的一些典型SAR目标检测算法的基础上,提出了一种在非成像状态下进行海岸线提取的新方法,把成像处理与目标检测问题有机地结合起来.通过真实星载SAR回波数据应用实验,证明了直接利用SAR回波对海岸线检测的有效性.