SAR图像浅海地形反演算法研究

• 作 者: 李泽军
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院研究生院 中国科学院大学
• 发表日期: 2012年期
• 关键词: 合成孔径雷达 浅海水下地形 微波散射模型 遥感成像机制 反演算法

浅海海域是重要的渔场,有丰富的生物和矿物资源,在政治、经济等各个方面都有十分重要的意义。本文根据合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)浅海地形遥感成像机制,对SAR浅海地形成像和反演算法进行了研究,并在水槽中进行了浅海地形的微波观测实验。论文的主要研究内容及成果包括:　　
(1)本文在SAR浅海地形成像基本原理的基础上,对现有的流场仿真和微波成像模型进行了研究比较,选择二维水动力模型和比较成熟的M4S仿真软件,建立了SAR对浅海地形成像模型,并对建立的模型使用实测数据和真实SAR图像进行了验证。在此基础上,使用该模型对几种常见地形进行了仿真,并使用准一维地形综合分析了雷达参数(波段,极化和入射角)和气象水文条件(风)对SAR成像的影响。仿真结果说明SAR对浅海地形成像受到上述条件的综合影响。　　
(2)本文基于AH模型和迭代算法,提出了一种改进的SAR浅海地形反演算法,加快了反演收敛速度。基于该改进方法利用1景ERS-2和1景ENVISAT数据,对台湾浅滩海域的水深进行了反演,与实测水深比较误差分别为8.6%、10.5%。本文研究发现,采用地形的绝对变化误差作为SAR浅海地形反演精度的指标不够合理。因此本文采用去除反映地形整体走势的基准面后的相对地形变化误差作为浅海地形反演精度的一个指标,获得相对误差分别为26%、67%。　　
(3)由于海事实验消耗大量人力物力,并且气象水文条件不可控,而水槽实验环境能产生可控的风和流。因此,本文讨论了在水槽中进行浅海地形微波探测的方案设计,并在上海交通大学开展了浅海地形水槽微波观测实验。根据实验数据,本文分析了不同波段的后向散射机制,以及风速对后向散射强度的影响,观测实验结果证明了该实验方案的有效性。同时,与仿真模型进行对比,在顺风时结果不符合本文实验结论。最后本文提出了在水槽中进行浅海地形反演的两种方法,为SAR浅海地形探测的研究提供了新的思路。