基于多普勒法的SAR海表流場(chǎng)反演算法研究.pdf

1、海表流速的測(cè)量對(duì)影響全球尺度氣候變化的熱鹽交換量起著重要的作用，而從局地尺度上講，海流對(duì)沿岸大陸架生態(tài)系統(tǒng)的顯著影響也不可忽略，因此加深對(duì)海流機(jī)制的認(rèn)識(shí)有助于監(jiān)測(cè)環(huán)境變化、維護(hù)海上安全及支持漁業(yè)發(fā)展等。衛(wèi)星遙感觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展為大面積觀測(cè)海流提供了一種有效的手段，在這其中，合成孔徑雷達(dá)(SAR)因其全天時(shí)，全天候及高空間分辨率的特點(diǎn)成為觀測(cè)海流的重要傳感器之一。
　　多普勒法的基本原理在于從SAR回波信號(hào)中提取的多普勒頻移異常值與海

2、面的視向運(yùn)動(dòng)速度存在線性關(guān)系，近年來(lái)基于SAR海面回波數(shù)據(jù)多普勒效應(yīng)的中小尺度海流觀測(cè)技術(shù)逐漸成為微波海洋遙感觀測(cè)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。本文中首先基于雙尺度模型，利用連帶拉格朗日波浪理論，在假設(shè)海面的斜率及速度均服從高斯分布的前提下，給出了海面運(yùn)動(dòng)引起的多普勒頻移及頻譜寬度的理論公式，模型中考慮了大尺度波浪對(duì)短波的傾斜調(diào)制及流體力學(xué)調(diào)制作用，傾斜調(diào)制會(huì)導(dǎo)致HH極化的多普勒頻移值大于VV極化值，流體力學(xué)調(diào)制函數(shù)中的弛豫率不為零，導(dǎo)致順風(fēng)和逆

3、風(fēng)時(shí)的不對(duì)稱性。與經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ虲DOP的對(duì)比說(shuō)明，本文中二維模型在中等入射角下是合理的。
　　以ASAR的寬幅WSM數(shù)據(jù)為例，詳細(xì)說(shuō)明了從SAR圖像中提取多普勒頻移值所需要的數(shù)據(jù)處理方法及誤差校正步驟，其中誤差包括方位向誤差和參考多普勒頻移誤差及殘余誤差三項(xiàng)，誤差校正后陸地上多普勒頻移的均方根誤差相比于校正之前明顯的減小。從WSM圖像中反演的厄加勒斯海流的徑向速度，其中心路徑與高度計(jì)的地轉(zhuǎn)流數(shù)據(jù)存在較好的一致性;徑向速度因其較高的空間

4、分辨率能夠更好地突出海流的中小尺度特征。與GHRSST的融合溫度數(shù)據(jù)的對(duì)比驗(yàn)證表明，徑向速度呈現(xiàn)的海流特征與SST圖像的特征相似;另外，徑向速度、地轉(zhuǎn)流速度與SST梯度沿某一橫截面的定量對(duì)比顯示，海流速度較大的區(qū)域?qū)?yīng)的溫度梯度值較大。值得一提的是在利用WSM數(shù)據(jù)觀測(cè)厄加勒斯海流中的Natal Pulse時(shí)，徑向速度圖像相比于地轉(zhuǎn)流數(shù)據(jù)能夠更加詳細(xì)地反映沿岸的海流特征，為進(jìn)一步探究Natal Pulse的生成機(jī)制及演化過(guò)程提供了數(shù)據(jù)支持

5、。
　　在本文中提出了基于ASAR的成像模式數(shù)據(jù)IMS的改進(jìn)算法，利用符號(hào)多普勒方法估計(jì)SAR圖像的多普勒質(zhì)心頻率，因符號(hào)多普勒法對(duì)亮暗目標(biāo)的權(quán)重相同，引入的方位向誤差較小可以忽略不計(jì)，這樣只需要校正參考多普勒頻移誤差項(xiàng)。驗(yàn)證了IMS在觀測(cè)長(zhǎng)江口區(qū)域的海表流場(chǎng)的可行性，與潮汐表的對(duì)比證明徑向速度在合理的誤差范圍內(nèi)。因受到陸地污染加上潮汐的影響，使得高度計(jì)數(shù)據(jù)不能用于長(zhǎng)江口，所以利用SAR圖像觀測(cè)長(zhǎng)江口的海表流場(chǎng)就更顯必要。