塘沽海区海底地形的SAR影像仿真与反演研究

利用袁业立、金梅兵(1997)提出的海底地形SAR影像仿真与反演模型，对渤海塘沽海区的一张Radarsat SAR影像进行了仿真和水深反演研究。研究结果表明：仿真影像与真实SAR影像基本吻合，反演水深与实际水深也有较好的一致性；进一步证实了袁业立(1997)SAR成像机理的正确性和在中国近海利用SAR影像进行浅海水深探测的可行性。     

Crucial physical characteristics of sea ice in the Arctic section of 143°-180°W during August and early September 2008

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。     

水下地形SAR成像与潮流场的相关性分析示例

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。     

合成孔径雷达探测浅海障碍物技术实例探析

阐述了合成孔径雷达(SAR)探测水下障碍物的发展历程,研究了SAR的成像机理,分析了水下障碍物的SAR成像数学物理模型,并依据该模型设计了水下障碍物的通用仿真计算流程。依据浅海SAR影像资料,针对典型的浅海水下障碍物SAR成像进行模拟仿真,并将仿真的结果与真实的影像进行比较分析,证实该仿真模型具有良好的模拟仿真效果,为浅海水下障碍物的探测提供了科学的依据。     

浅海水下地形的SAR遥感仿真研究

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.     

利用浅水地形及其SAR影像确定海面风向的一种方法

利用浅水地形的SAR影像以及基于浅水地形SAR仿真模型计算得到的仿真SAR影像,基于仿真SAR影像与真实SAR影像之间的相关性提出了一种确定海面风向的方法——最大相关系数法.以南沙双子礁海域为例,利用最大相关系数法确定出了一幅RADARSAT SAR影像成像时刻的海面风向,通过对结果的比较分析可以看出对于包含浅水地形的SAR影像应用该方法探测海面风向是可行的.     

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

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.     

基于影像纹理特征和外部风向的星载 SAR 海面风场反演研究

在合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)海面风场反演中,基于风条纹影像纹理特征的海面风向反演方法精度高,但是依赖于图像风条纹的存在,而外部风向信息与SAR资料时空分辨率不易匹配、精度较低,从而影响大面积、高分辨率海面风场反演的精度。针对此问题,提出一种将SAR图像风条纹线性纹理特征与外部风向信息相结合的星载SAR海面风向获取方法,在SAR影像线性纹理特征明显的区域采用二维连续小波变换得到高精度的海面风向,其余区域采用与之时空相匹配的数值预报模式风向填充;并利用地球物理模型函数进一步得到海面风速,进而实现高精度、大范围海面风场的反演。为验证本文方法的有效性,利用ENVISAT/ASAR数据进行风场反演试验,并将反演结果与浮标实测数据进行比对。结果表明:在线性纹理特征明显的区域,小波方法的反演精度优于快速傅里叶变换(FFT)法和数值预报模式风向;外部风向精度略低,但与SAR观测资料时空匹配性较好,弥补了风条纹风向的不足。二者的结合为星载SAR海面风场反演的业务化应用提供了支持。     

基于RADARSAT-2四极化SAR影像的海面风速反演

选取成像于中国东海和南海海域的102景RADARSAT-2(RS-2)精细四极化SAR原始影像以及ERA-Interim风场,在各极化通道下利用相应风速反演模型开展风速反演的研究。CMOD5地球物理模式函数对VV极化SAR数据反演风速效果最好,可以获取海面高精度风速数据。对于HH和交叉极化SAR影像,利用RS-2 SAR影像和ERA-Interim资料对现有风速反演模型进行改进,并提出了用于HH极化风速反演的PR_CS极化比模型和用于交叉极化风速反演的CP_CS模型。结果显示:基于两种模型的SAR反演风速与ERA-Interim风速具有良好的一致性,利用PR_CS模型的SAR反演风速与参考风速的均方根误差为1.54 m/s,利用CP_CS模型的SAR反演风速与ERA-Interim风速的均方根误差分别为1.43 m/s(VH极化)和1.51 m/s(HV极化)。     

基于ICCP匹配算法的海底地形匹配辅助导航

利用海底地形辅助导航是水下载体导航技术致力研究的新方向，采用ICCP算法作为对准匹配算法，利用实测地形数据和已知地形数据库，进行仿真计算，修正惯性导航系统累计误差，得到水下载体的最佳匹配位置，以提高水下载体的导航精度。     

不同软基处理方法适用性比较

总结分析了国内外现有的软土地基处理的各种方法。通过对采用不同方法进行软基处理的工程实例处理效果的定量对比，发现不同软基处理方法的适用性差异很大，多数工程中仅用一种方法很难达到设计要求，而两种或多种方法联合则可望取得更好的效果。     

海底管道拖管法分析和研究

海底管道铺设是海洋油气工程建设的一项重要内容.海底管道铺设的方法有铺管船法和拖管法.铺管船法受铺管船舶资源的限制,而拖管法铺管不依赖铺管船,在一定的条件下,可以节约费用,因此研究拖管法铺管就非常有意义.文中首先介绍各种管道铺设施工方法,并对各种方法的优缺点进行比较.然后分别分析研究了浮拖法、底拖法和离底拖法三种拖管方法的施工工艺及管道应力变形,并结合实例对三种拖管方法的拖管过程进行了分析.     

中国大陆互花米草分布特征及其主要防控措施

互花米草的快速入侵及扩散将导致入侵地的生态系统失衡。我国大陆从北到南的沿海地区分布着大面积的互花米草,严重降低了海岸带的生物多样性及生态屏障功能。我国各地防控互花米草入侵的主要方法包括物理、化学和生物防治三大类。目前各地采用的刈割、碾埋、围堰水淹等单一的防治方法可有效治理小面积的互花米草入侵,对大面积或成片互花米草的治理效果欠佳。文章通过分析比较现有的治理方法,结合科研实践经验,提出了将物理防治法、化学防治法和生物演替法有机结合起来,适宜中国不同地区互花米草的综合整治方法。     

剖面法测量近岸水体遥感反射率的新方法

光学剖面法是测量遥感反射率的首选方法。根据我国近岸水体的特点,提出采用下行辐照度剖面补偿剖面测量时环境影响的方法,估算水面之下遥感反射率[rrs(λ)]。从对实际测量数据的应用效果可见,同站位多次测量的rrs(λ),其相对偏差可控制在10％之内。     

A New Method of Profiling Remote-Sensing Reflectance of Coastal Waters

The profiling method is the first method to select in measuring the remotesensing reflectance. In the light of the characteristics of China‘s coastal waters, we develop a new method to compensate the environment‘s effects with the downwelling irradiance‘s profile and to estimate the underwater remote-sensing reflectance rrs(λ). The result indicates that the relative deviation of repetitious rrs(λ) in one station is around 10%.     

Applying invariant eigen-operator method to deriving normal coordinates of general classical Hamiltonian

For classical Hamiltonian with general form we find a new convenient way to obtain its normal coordinates, namely, let H be quantised and then employ the invariant eigen-operator (IEO) method (Fan et al. 2004 Phys. Lett. A 321 75) to derive them. The general matrix equation, which relies on M and L, for obtaining the normal coordinates of H is derived.     

Assessment of CPTU and static load test methods for predicting ultimate bearing capacity of pile

For the static pressure pile, the most important is to determine the standard value of ultimate bearing capacity of single pile. At present, the bearing capacity of pile foundation is usually determined by the cone penetration test (CPT) test. The empirical formula was used in practice, but the effect of excess pore water pressure generated in the penetration on the measured cone-tip resistance and side friction is neglected. In this study, based on the field test results at Fengyu playground at Yancheng Institute of Technology by CPT and CPTU methods, the bearing capacity of pile was predicted by the standardized methods, the LCPC (France method) and CPTU direct prediction methods. The prediction was also compared with the results by the static load test method. The prediction accuracy of the CPTU method was then discussed as well. The results reveal that the accuracy of the CPTU method was the highest, which was consistent with the results obtained by the static load test method. It is the best method and worthy of being applied for predicting bearing capacity of piles in engineering applications.     

水文资料插值计算方法探讨

本文利用5种常用的插值计算方法,对海洋实测资料序列中的某些固定节点进行插值计算,然后根据均方误差和图形拟合相结合的方法,探讨插值计算方法的适用性及应用条件并得出结论:阿基玛插值和三点拉格朗日插值效果拟合性最好,具有普遍应用性,多点拉格朗日和线性插值较为中性,在插值步长不大的条件下,插值效果较好,而牛顿插值不稳定,应用条件相对苛刻.     

基于Powell定理的一个无约束最优化直接方法(英文)

在求解无约束最优化问题的直接方法中,Powell方法被认为是最有效的。改进的Powell方法每产生一个新的共轭向量需要作n 1次直线搜索。这个新向量有可能与原来的向量组线性相关。这不仅破坏了算法的二次收敛性,而且对每个新产生的向量都必需作相关性判别,以决定是否作向量替换。可见,要产生n个共轭方向至少需要n(n 1)次直线搜索及n次判别与向量替换。 作者在Powll定理的基础上给出了一个新的算法。这个算法从一维空间直接搜索出发,逐维扩张建立新的共轭向量。这样,产生n个共轭向量仅需n (n(n 1))/2次直线搜索。这大体相当于改进Powell方法的一半。由于每步计算的所在空间维数不同,不会出现线性相关的情况,所以无需判别与替换。且由此立知新算法是二次收敛的。还给出了对于非二次函数收敛性定理。作者用一个二次函数及二个非二次函数在同样精度要求、同一个初始点的情况下作了计算对比,由附表可以看出,新算法所用CPU时间少于改进Powell算法的1/5。     

海浪方向谱估计方法的比较

分别利用数值模拟和实测资料对目前被认为分辨力较高的最大似然法(MLM)、扩展本征矢方法(EEV)、扩展最大滴方法(EMEP)以及贝叶斯方法(BDM)等四种海浪方向谱估计方法的可靠性进行了分析,从不同频率、不同噪声水平和不同方向集中度三个角度检验其再现性、稳定性和实用性,结果表明MLM、EEV和BDM大致给出相同的方向分布,其中BDM的再现性最好,但实用性逊于MLM和EEV,EMEP由于稳定性差,不适用于实测资料的分析.