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星载SAR浅海水下地形和水深测量模拟仿真──水下地形高度、坡度和方向与可测水深分析 总被引：7，自引：0，他引：7
根据星载合成孔径雷达(SAR)浅海水下地形和水深成像机理,建立了浅海水下地形和水深雷达后向散射截面仿真模型.利用该模型模拟并分析了不同地形条件下,浅海水下地形的雷达后向散射截面.分析结果表明,水下地形高度越高,SAR可测量的水深越深;水下地形坡度越大,越易被SAR所观测.水下地形的星载SAR测量还与水下地形的方向有关,与卫星飞行方向平行的水下地形最易被SAR观测,与卫星飞行方向垂直的水下地形最不易被SAR观测. 相似文献
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浅海水下地形的SAR遥感仿真研究 总被引：2，自引：0，他引：2
结合连续性方程和布拉格后向散射模型,在准一维简化浅海水下地形情况下,建立了浅海水下地形SAR海面相对后向散射强度仿真模型,将浅海水下地形区域的SAR海面后向散射强度的相对变化与大尺度背景流场、海面风场和雷达系统参数等联系起来.海上实验和研究结果表明,浅海水下地形的SAR成像主要由通过受水下地形影响的海表层流场对海表面风引起的微尺度波的水动力调制而获取浅海水下地形信息,其中潮流与水下地形的相互作用过程改变海表层流场,变化的海表层流与海表面微尺度波之间的相互作用改变海表面波的空间分布,雷达波与海表面波之间的相互作用决定雷达海面后向散射强度.因此SAR图像中浅海水下地形或水深信息量的多少不仅与海表层流场和海面风速有关,而且与雷达工作波段、雷达波束入射角和极化方式也密切相关.认为由水下地形变化引起的缓慢变化的表层流场中海表面定常微尺度波谱能量密度的变化满足波作用量谱平衡方程;而在波数空间中,海表面微尺度波谱的成长过程也可以用波数谱平衡方程描述,在此基础上,得出了海表面波高频谱(毛细-重力波)形式的解析表达式.众所周知,浅海水下地形信息是由于水下地形影响下SAR海面后向散射强度与背景海面后向散射强度的相对差异而在SAR图像上的呈现,从而在建立浅海水下地形SAR海面相对后向散射强度仿真模型的基础上,仿真计算了浅海水下地形SAR海面相对后向散射强度相对于海表层流场、海面风场等海况参数和SAR工作波段、SAR波束入射角、极化方式等雷达系统参数的数值仿真结果,分析得到了有关浅海水下地形SAR海面相对后向散射强度的特征和SAR浅海水下地形遥感的最佳海况参数与最佳雷达系统参数,为研究和开展SAR浅海水下地形遥感研究提供了有价值的参考. 相似文献
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海流信息在海上航行、海洋资源勘探等方面有着重要的应用, 传统的现场和遥感观测方式不能满足大面积、实时观测海流的要求。基于无人机平台的光学海洋遥感技术具有机动灵活、成本低、分辨率高的特点, 近年来在海洋环境监测中得到应用。然而, 由于小型无人机容易受飞行姿态、太阳耀斑等因素的影响, 目前在海流观测方面还不成熟。本文提出了利用小型无人机获取高分辨率海面流场的方法, 并分析不同因素对观测结果的影响。首先, 对无人机获取的光学海面图像做预处理, 消除几何成像和图像噪声等因素的影响, 并通过分析图像灰度值均值的变化, 减小太阳耀斑对图像的影响; 然后, 基于三维傅里叶变换和海浪的频散关系反演海流, 并将反演结果与浮标实测的海流数据进行对比, 验证了该方法的可靠性。其次, 结合实验数据详细分析了不同因素对海流反演的影响: 在本文的实验条件下(有效波高0.2~1.5 m, 波浪主波周期3.8~5.7 s), 当图像空间分辨率为0.15 m、反演子图尺寸在波浪主波波长的2~3倍时, 海流的反演误差较小; 增加图像幅数和提高时间分辨率也有利于提高海流的反演精度。现场观测实验的结果表明, 本文提出的无人机观测海流技术可以有效获取海流信息。 相似文献
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GNSS-R观测下的海面飓风风速反演 总被引：1，自引：0，他引：1
利用全球导航卫星系统在地球表面的反射信号（GNSS-R）进行海面风速反演已经被广泛研究并作为一种重要的遥感手段。目前,该L波段微波信号的相关功率已可以在多普勒频率和时延码片空间进行多普勒时延图像的成像。由于该图像的图像特征与海面粗糙度有较高的相关性,因此能够用来进行海面风场反演。然而,对于该遥感手段而言,其双基雷达前向散射截面（BRCS）理论上与海面粗糙度有更高的相关性,如同目前合成孔径雷达使用后向雷达散射截面而非相关功率。所以,本文通过改进已有的GNSS-R的双基雷达散射截面方程,代替相关功率在多普勒时延空间进行成像,得出了与海面粗糙度相关的双基雷达散射截面图像（BRCS map）。基于该图像,本文提出了三种与其形状特征相关的观测量,通过2005年Dennis飓风GNSS-R机载数据生成的16000多幅图像进行地球物理模式函数建模并与经典的一维时延波形匹配方法得出结果进行对比分析,得出更为精确的风速反演结果。 相似文献
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快速发展的日本海洋遥感技术 总被引：1，自引：0，他引：1
日本是世界海洋大国,海洋探测技术,特别是海洋遥感技术发达。海洋观测已从空间、海面和水下构成了对海洋的立体探测系统。卫星遥感主要探测海面风、海流、海洋水色、光学特性及海冰等。 相似文献
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对Radarsat-2和Sentinel-1A分别观测的两个海域的单景SAR图像进行子孔径分解,各自得到不同方位角上的两幅SAR子孔径图像。使用多普勒质心频移法分别对不同方位角的两幅SAR图像进行海流反演,并进行海流矢量合成,采用经过时空匹配的HYCOM模式数据对反演结果进行检验,结果表明：Radarsat-2观测的SAR图像分解的两幅子孔径SAR图像矢量合成后的海流与HYCOM模式数据相比,速度均方根值为0.09 m/s,相关系数为0.64;方向均方根值为10.49°,相关系数为0.78。Sentinel-1A观测的SAR图像分解的两幅子孔径SAR图像矢量合成后的海流与HYCOM模式数据相比,速度均方根值为0.06 m/s,相关系数为0.82;方向均方根值为2.85°,相关系数为0.86。由此可见,基于单景SAR分解的两幅子孔径SAR图像可以有效反演二维海流。其反演精度与雷达视向和真实海流矢量的方向有关,二者的角度越小,反演海流矢量的精度越高。 相似文献
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浪向代表着海浪传播方向，它是海上交通安全以及海岸资源管理的重要海洋环境参数之一。本文针对X波段测波雷达对海杂波的连续成像，提出了一种基于光流法的海浪传播方向反演新方法。该方法利用X波段测波雷达接收的海面回波图像序列直接进行光流运动估计，将得到的每个像素点的运动矢量进行加权平均，最后得到实际的海浪传播方向。与传统基于频域的X波段测波雷达浪向反演方法相比，本文提出的方法直接从时域来进行回波信号处理，无需提前得到调制传递函数以及精确的海流，减少了由于海流估算的不准确以及调制传递函数选取的误差而给雷达浪向反演带来的影响。同时，该方法简单高效，占用资源少，将其应用至仿真雷达回波以及现场实测数据来进行浪向反演，反演得到的浪向与仿真设定浪向值以及浮标实时观测浪向结果都有很好的吻合度，变化趋势也完全一致，进而验证了该方法的有效性以及准确性。 相似文献
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合成孔径雷达(SAR)海面场景原始数据仿真是研究海洋动力参数(表面波浪、风矢量和洋流)的有效工具。目前海面场景原始数据仿真方法已经基于逆Omega-K算法实现了海洋运动参数的空间变化。但是目前仅仅讨论了正侧视情况下的海面场景仿真,应用范围有限,同时没有考虑Stokes漂流以及Bragg相速度的影响,而这两者都是存在于真实海面的。通常情况下为了反演得到海面流场的二维速度矢量,雷达需要从两个不同的方位方向观察海面的同一个区域,因此这就需要考虑大斜视的雷达波束,同时Stokes漂流和Bragg相速度是SAR海表面流场观测不容忽视的两种运动。本文在不改变原有正侧视逆Omega-K算法的情况下,通过增加重新计算零方位时刻的斜视波束中心位置坐标,并据此确定SAR原始数据在多普勒域的位置来将其扩展到大斜侧视逆Omega-K算法,并通过时域Stokes漂流公式到频域内离散化Stokes漂流公式的推导来加入Stokes漂流,以及根据Bragg散射机制加入了Bragg相速度。仿真结果表明,经过聚焦成像后的SAR图像很好的体现了真实海面波浪场的形状,同时能够很好地反演出设定的雷达径向流场速度,且流速精度误差控制在6%以内。最后也证明了Bragg相速度以及Stokes漂流对于海面流场的影响不可忽视。 相似文献
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I~IOXThe image technology of the synthetic aperture radar (SAR) is one of most important advances in spaceberne microwave remote sensing (Larson et al., 1976). It has extensive application in the ocean remote sensing, such as inversion of the sea subdue winds and currentS, reconstruction of underwater hatom topography and so on. Owing tO the high conductivity of sea water, an electromagnetic wave actually cannot penetrate into the sea water, with extremely smallPenetration depth (abbot 1 c… 相似文献
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潮流是水下地形SAR成像的决定性因素之一,潮流的周期性变化使水下地形SAR成像与潮流场有密切的关系,同一水下地形不同时刻SAR影像不同。以台湾浅滩为例,基于5景不同时相的ERS-2 SAR影像和台湾浅滩实测水深数据,开展了水下地形SAR成像与潮流场的相关性分析。为了排除SAR影像自身成像质量对研究的影响,首先对5景SAR影像的成像质量进行评价,然后通过潮汐潮流数值计算确定SAR成像时刻的潮流场以及基于QuikScat散射计数据确定SAR成像时刻的海面风向。在上述基础上开展了SAR影像后向散射系数与实测水深的相关性分析,总结出水下地形SAR成像与潮流场的关系,结果表明,潮流场与水下地形SAR成像密切相关,当潮流流向与水下地形梯度方向一致或接近时,水下地形SAR成像效果最佳;对于同一水下地形,流向相反的两种潮流对应的SAR影像后向散射系数恰好相反,即SAR影像中的明暗条纹不同。相对于潮流流向的顺流与逆流风向的不同对水下地形SAR成像无影响。 相似文献
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潮流是水下地形SAR成像的决定性因素之一,潮流的周期性变化使水下地形SAR成像与潮流场有密切的关系,同一水下地形不同时刻SAR影像不同。以台湾浅滩为例,基于5景不同时相的ERS-2 SAR影像和台湾浅滩实测水深数据,开展了水下地形SAR成像与潮流场的相关性分析。为了排除SAR影像自身成像质量对研究的影响,首先对5景SAR影像的成像质量进行评价,然后通过潮汐潮流数值计算确定SAR成像时刻的潮流场以及基于QuikScat散射计数据确定SAR成像时刻的海面风向。在上述基础上开展了SAR影像后向散射系数与实测水深的相关性分析,总结出水下地形SAR成像与潮流场的关系,结果表明,潮流场与水下地形SAR成像密切相关,当潮流流向与水下地形梯度方向一致或接近时,水下地形SAR成像效果最佳;对于同一水下地形,流向相反的两种潮流对应的SAR影像后向散射系数恰好相反,即SAR影像中的明暗条纹不同。相对于潮流流向的顺流与逆流风向的不同对水下地形SAR成像无影响。 相似文献
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Compared to single-polarization synthetic aperture radar(SAR) data, fully polarimetric SAR data can provide more detailed information of the sea surface, which is important for applications such as shallow sea topography detection. The Gaofen-3 satellite provides abundant polarimetric SAR data for ocean research. In this paper, a shallow sea topography detection method was proposed based on fully polarimetric Gaofen-3 SAR data. This method considers swell patterns and only requires SAR data and ... 相似文献
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A study of SAR remote sensing of internal solitary waves in the north of the South China Sea:I.Simulation of internal tide transformation 总被引：2，自引：1，他引：1
For settlement of the well-known problem of contemporary radar imaging models,i.e.,the pmblem of a general underestimation of radar signatures of hydrodynamic features over oceanic internal waves and underwater bottom topography in tidal watels at at high radar frequency bands(X-band and C-band),the impact of the ocean surface mixed layer turbulence and the significance of strat-ified oceanic model on SAR remote sensing of internal solitary waves are proposed.In the north of the South China Sea by utilizing seme observed data of background field the nonlinearity coefficient,the dispersion coefficient,the horizontal variability coefficient and the phase speed in the generalized K-dV equation are determined approximately.Through simulations of internal tide transfor-mation the temporal evolution and spatial distribution of the vertical displacement and horizontal velocity of intereal wave field are obtained.The simulation results indicate that the maximum amplitudes of internal solitary waves occur at depth 35 m,but the maximum current speeds take place at depth 20 m in this area of the sea(about 20°30'N,114°E)in August.It was noticed that considering the effects of flood current and ebb current respectively is appropriate to investigate influence of the background shear flow on coefficients of the K-dV equation.The obtained results provide the possibility for the simulation of SAR signatures of inter-nal solitary waves under considering the impact of ocean surface mixed layer turbulence in the companion paper. 相似文献
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A study of SAR remote sensing of internal solitary waves in the north of the South China Sea: Ⅰ. Simulation of internal tide transformation 总被引：1，自引：0，他引：1
For settlement of the well-known problem of contemporary radar imaging models, i. e. , the problem of a general underestimation of radar signatures of hydrodynamic features over oceanic internal waves and underwater bottom topography in tidal waters at high radar frequency bands （ X-band and C-band）, the impact of the ocean surface mixed layer turbulence and the significance of strat- ified oceanic model on SAR remote sensing of internal solitary waves are proposed. In the north of the South China Sea by utilizing some observed data of background field the nonlinearity coefficient, the dispersion coefficient, the horizontal variability coefficient and the phase speed in the generalized K-dV equation are determined approximately. Through simulations of internal tide transfor- mation the temporal evolution and spatial distribution of the vertical displacement and horizontal velocity of internal wave field are obtained. The simulation results indicate that the maximum amplitudes of internal solitary waves occur at depth 35 m, but the maximum current speeds take place at depth 20 m in this area of the sea （about 20°30＇N, 114°E） in August. It was noticed that considering the effects of flood current and ebb current respectively is appropriate to investigate influence of the background shear flow on coefficients of the K-dV equation. The obtained results provide the possibility for the simulation of SAR signatures of internal solitary waves under considering the impact of ocean surface mixed layer turbulence in the companion paper. 相似文献
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A detection model of underwater topography with a series of SAR images acquired at different time 总被引：1，自引：1，他引：0
underwater topography is one of oceanic features detected by Synthetic Aperture Radar. Underwater topography SAR imaging mechanism shows that tidal current is the important factor for underwater topography SAR imaging. Thus under the same wind field condition, SAR images for the same area acquired at different time include different information of the underwater topography. To utilize synchronously SAR images acquired at different time for the underwater topography SAR detection and improve the precision of detection, based on the detection model of underwater topography with single SAR image and the periodicity of tidal current, a detection model of underwater topography with a series of SAR images acquired at different time is developed by combing with tide and tidal current numerical simulation. To testify the feasibility of the presented model, Taiwan Shoal located at the south outlet of Taiwan Strait is selected as study area and three SAR images are used in the underwater topography detection. The detection results are compared with the field observation data of water depth carried out by R/V Dongfanghong 2, and the errors of the detection are compared with those of the single SAR image. All comparisons show that the detection model presented in the paper improves the precision of underwater topography SAR detection, and the presented model is feasible. 相似文献
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Underwater topography can be imaged using remote sensing methods. Numerous studies have been conducted to understand the imaging mechanism of shallow water topography. However, current–topography interaction constitutes the weakest link in the remote sensing imaging mechanism of underwater topography. In addition, few studies focused on different topography patterns. Current velocity is highly correlated with bathymetry, and velocity gradient is used as an indicator of sea surface roughness. In this research, we analyzed the distribution characteristics of current velocity and velocity gradient in different cases using a 3-dimensional (3-D) hydrodynamic model to discuss the current–topography interaction part of the remote sensing imaging mechanism, especially the modulation by current parallel or normal to the underwater topography, both positive and negative. Results showed remarkable agreement between 3-D current analysis and surface velocity analysis. Parallel and normal currents had different responses to different topography types. The distribution of surface current gradient showed opposite features over negative and positive topography in parallel and normal current fields. This can be used to distinguish negative topography from positive topography with different current directions to a certain extent. 相似文献
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Kelvin尾迹SAR多视向的成像仿真 总被引：1，自引：0，他引：1
利用船只Kelvin航迹模型、海面波模型和二尺度微波散射模型,提出了船尾迹多视向的成像仿真技术,并首次在二维空间中从不同视向仿真船尾迹的SAR图像。结果表明,当雷达视向与船只航向平行时,横波成像明显;当雷达视向与船只航向垂直时,扩散波成像明显;当雷达视向与船只航向有个夹角时,会出现一臂亮一臂暗的现象,这一现象取决于两臂尖波的传播方向与雷达视向的夹角,传播方向与雷达视向越接近平行的波越容易被雷达观测到,从而形成亮臂。仿真结果还得出另外一个结论:船只航向与雷达视向越接近垂直,两臂张角越小。仿真结果和实际的多幅ERS-SAR图像所观测到的结果是一致的。该模型可以有效地模拟Kelvin尾迹SAR多视向成像。 相似文献