风速风向对SAR浅海水下地形成像影响的仿真研究

基于SAR浅海水下地形成像机理和M4S海面微波成像程序,建立了SAR浅海水下地形成像仿真模型,改进了传统浅海水下地形成像仿真模型的缺陷.通过仿真研究和分析浅海水下地形SAR图像特征实例,对风速风向与浅海水下地形SAR图像特征的关系提出了新的认识.低风速条件下,浅海水下地形SAR海面后向散射强度整体偏暗,高风速下整体偏亮;sAR图像条带亮暗的程度与风速有一定的关系,但不是主要的影响因素.风向对SAR浅海水下地形成像的影响明显,表现为,在逆风和顺风情况下,浅海水下地形SAR海面后向散射强度整体偏亮,SAR图像分别以亮条带和暗条带为主;侧风情况下,整体偏暗,SAR图像条带亮暗相当;最佳探测风向是逆风向.     

基于仿真修正的序列SAR图像内波参数反演方法

针对合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)序列图像,提出了基于仿真修正的序列SAR图像内波参数反演方法。该方法使用规则化长波方程(Regular Long Wave,RLW)和M4S模型数值仿真SAR序列图像中的同一列内波,并通过与实际图像的对比修正反演参数。实验表明,该方法克服了现有方法依赖于历史水文数据精度和SAR成像条件的限制,其反演结果与实测值十分接近。     

基于Faster R-CNN的卫星SAR图像南海海洋内波自动检测

海洋内波广泛存在于世界各大洋和边缘海中,在海洋能量串级中扮演着重要角色,在海洋资源开发、海洋工程建设和海洋军事活动等方面均具有重要学术价值与实际意义。海洋内波在合成孔径雷达SAR (Synthetic Aperture Radar)图像上呈现出亮暗相间的条纹状特征。本文利用2001年—2020年南海海域包含不同微波波段(C、L、X)、不同极化方式、不同空间分辨率的631幅星载SAR图像,构建了5480个SAR图像南海海洋内波样本,结合Faster R-CNN框架,利用迁移学习的方法,实现SAR图像上的海洋内波自动检测。模型识别准确率达到95.7%,召回率为92.3%,在准确率较高的同时还能保持较低的虚警率。该算法的建立使得基于海量卫星SAR数据检出海洋内波成为可能,从而为针对性地开展内波动力参数反演和过程研究提供了技术和数据基础。     

利用SAR图像计算内波深度和振幅的可行性研究

根据星载合成孔径雷达(SAR)内波成像机理,建立了包括KdV方程、作用量谱平衡方程和Bragg散射模型在内的内波深度和振幅探测模型,更为严谨地推导出用SAR图像计算内波深度的方法,并首次推导出内波振幅的计算方法.利用该方法对台湾东北部海域的两幅ERS-1 SAR内波图像进行了实例研究,结果表明,该方法是合理且可行的.     

合成孔径雷达图像的近岸海面风场反演

根据海面微波散射原理，给出了星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)图像海面风场反演的方法。该方法包括SAR图像辐射定标、海面风向确定和风速计算。利用该方法由加拿大RadarsatSAR图像反演获得了中国海南省东南部近岸海区海面风场，并与预报风场作了比较。结果显示，二者相符得很好，风速的均方根误差为0.94m/s，风向的均方根误差为4.03°。     

水稻微波后向散射系数的模拟分析

海洋雷达后向散射回波主要来自短重力波的Ｂｒａｇｇ 散射,这种散射与海面风场信息、边界层涡旋等密切相关。因此,可以从雷达散射截面反演风场信息。对１９９４ 年４ 月航天飞机成像雷达（ＳＩＲＣ／ＸＳＡＲ）获取的南中国海合成孔径雷达（ＳＡＲ） 图像进行了分析研究。利用ＳＩＲＣ 数据,从ＳＡＲ 图像谱提取了风向;根据ＣＭＯＤ４ 模型,从Ｃ波段雷达后向散射系数反演风速;利用双尺度散射模型对反演的风速进行了对比分析。结果表明,从ＳＩＲＣ雷达数据可以反演海面风矢量,星载ＳＡＲ是提取海面风场信息的有效技术手段之一。     

双频共面合成孔径雷达海面风场反演

根据L/C双频共面SAR能够获取同一海域双波段电磁波后向散射系数,得到更多海洋目标特征信息的电磁散射特点,结合地球物理模型函数研究了一种新的SAR海面风场反演方法。利用L/C双频共面SAR的L和C两个波段的地球物理模型函数和后向散射系数等信息,通过地球物理模型函数联立以及构建和求解最小代价函数,直接从SAR数据本身获取海面风场信息,并借助辅助数据去除了风向的180°模糊,从而实现海面风场反演。仿真分析和海上机载同步飞行试验的研究结果表明,该方法可直接利用SAR数据本身获取精度较高的海面风速、风向;绝对辐射定标精度是决定海面风场反演精度的关键因素,海面风场反演误差随定标精度提高而减小;随着海面风速的增大,风速反演误差逐渐增大。论文提出的双频共面SAR海面风场反演方法解决了传统单波段单极化SAR海面风场反演存在的固有问题,机载同步飞行试验的海面风速和风向反演结果与调查船观测值的均方根误差分别为0.93 m/s和19.39°,可为星载SAR海面风场反演业务化和载荷研制提供支持。     

航天飞机成像雷达海面风矢量观测研究——以1994年4月南中国海试验区为例

海洋雷达后向散射回波主要来自短重力波的Ｂｒａｇｇ散射,这种散射与海面风场信息、边界层涡旋等密切相关。因此,可以从雷达散射截面反演风场信息。对１９９４年４月航天飞机成像雷达（ＳＩＲ－Ｃ／Ｘ－ＳＡＲ）获取的南中国海合成孔径雷达（ＳＡＲ）图像进行了分析研究。利用ＳＩＲ－Ｃ数据,从ＳＡＲ图像谱提取了风向;根据ＣＭＯＤ４模型,从Ｃ波段雷达后向散射系数反演风速;利用双尺度散射模型对反演的风速进行了对比分析。结     

SAR图像复合分布船只检测模型

提出了一种基于复合参数分布的SAR图像船只检测模型。模型使用Pearson分布系统模拟SAR图像海洋背景散射分布, Pearson分布系统由4种参数分布组成, 包括Pearson I分布(g)、Ⅲ分布、Ⅳ分布(反g)和Ⅵ分布。模型采用基于β平面的分布选择器确定采用哪种分布来拟合SAR图像海面后向散射分布, 同时利用4种分布, 结合CFAR技术, 建立CFAR方程, 通过解算方程得到检测阈值, 利用阈值进行SAR图像船只检测。通过图像试验验证表明, 该模型检测效果良好, 具有一定的实用价值。     

基于DEM的SAR图像模拟

首先阐述了研究基于数字高程模型(DEM)的SAR图像模拟的重要性.然后针对SAR图像的几何特点,并顾及地面坡度、成像距离等因素对雷达波后向散射强度的影响,设计了基于强度积分的SAR图像模拟方案.根据Leberl构像模型计算SAR图像的像点坐标,采用强度积分策略对各点处的强度进行模拟,并进行归一化处理.通过仿真实验得到了满意的SAR模拟图像,验证了该模拟方案的正确性和有效性.     

X波段测波雷达海流信息反演的影响因素分析

X波段测波雷达海流信息的提取决定着有效浪高结果的准确度。因此,对可能影响X波段测波雷达海流信息提取的各种环境因素以及雷达工作模式等进行了海浪回波成像仿真,然后采用目前测波雷达通用的算法对仿真回波图像进行了海流信息反演。主要研究了海表面风速、雷达天线架设距离海平面高度、天线转速、海流流速、海流流向与海浪方向夹角、所选取的图像帧数以及每帧图像大小对海流信息反演的影响。对比分析设定值与反演结果,可知海表面风速在6~14 m/s之间,天线高度大于20 m并且转速为50~70 r/min,流速小于200 cm/s并且主波浪向与流向夹角不接近90°,图像帧数为128帧并且每帧图像数据点数为128×128时,X波段测波雷达能获得最佳海流信息反演结果。     

内波海面海浪等效谱与SAR内波图像模型的关系

内波海面的电磁计算模型一般把流体力学-电磁波模型简单处理并与SAR图像模式相结合，根据电磁散射模型的计算要求，提出了一个等效的海浪谱模式，并用在电磁散射的计算，最后，用SIR-C/X-SAR在中国南海海面的内波表面图像进行了对比，对L-和X-波段具有很好的计算结果。     

Ocean Internal Wave Observations Using Space Shuttle and Satellite Imagery

Abstract

Space shuttle photographs and satellite radar (SAR) images provide an excellent view of high‐contrast ocean features such as internal waves, fronts, eddies, oil slicks, and cloud patterns which contain the signatures of atmospheric processes. Since ocean internal waves generate local currents which modulate surface wavelets and slicks, we have been able to detect packets of internal waves in space shuttle photographs and radar imagery of the Atlantic, Pacific, and Indian Oceans. A global database on internal waves has been developed at our center with support from ONR and NASA, and is accessible on the Internet. The database includes visible and radar imagery. To test the database, digitally orthorectified images were used for dynamic and statistical analysis of internal waves. In the deep ocean we found the wavelength distribution to be Gaussian while in the coastal ocean it is Rayleigh. Results have also been applied to non‐linear evolution studies of ocean internal waves, atmospheric solitary waves and to estimate ocean currents.     

海洋SAR图像小波Speckle滤波及边缘信息提取

以海洋SAR图像的speckle滤波和边缘信息提取为研究目标，构造了以低通带通窄和时域冲击响应系数分布呈左右对称为特征的小波滤波器。这些特征使该小波滤波器在处理突变信号方面具有优良的特性。应用该小波滤波器，采用Wiener滤波算法，对海洋SAR图像进行了speckle滤波及采用Prewitt算子对边缘信息进行提取。用几种经典小波函数采用相同的滤波算法和边缘增强算子进行了处理，并将它们的结果进行了对比分析。结果表明，虽然小波基函数在用于speckle滤波方面，稍逊其它几种经典小波基函数，但是在边缘信息保留方面，效果要明显优于其他小波基函数。     

基于X波段雷达的海洋动力学参数提取算法初步研究

从X波段船舶雷达记录的连续雷达图像中,可以获得海浪频谱和海流的信息。在不存在海洋表面流的情况下,雷达图像的三维频谱分布在由静水色散关系确定的平面轨迹上。海流的存在会使三维频谱的能量分布产生相应的多普勒频移,对此频移进行最小二乘拟合,可以确定海流的大小和方向,进而得到有向浪高谱。本文基于通用的海浪谱和方向函数,在考虑阴影调制的情况下仿真海面X波段雷达图像序列,分别对无海流和有海流作用下的三维频谱进行了数值模拟,通过海流产生的多普勒频移拟合出海流,并获得二维图像谱。最后分析了McMaster大学X波段雷达的实测定向海面回波数据,获取了海浪的一维图像频谱。     

SAR影像中海洋浮油膜特征分割的Level Set方法

介绍了一种全新的区域影像分割技术--基于迎风格式偏微分方程（PDE）的Level Set方法进行海洋浮油膜特征提取.在该方法中,海洋浮油膜特征表示为扩散界面,影像灰度的梯度决定了界面扩散的方向和强度.界面边缘在影像灰度差异动力和曲率流的共同作用下不断向外扩散,能够有效地克服尖锐突起和裂缝等,在特征边缘趋于稳定和光滑.同时,该方法对高噪声具有一定抑制作用,适用于低对比度高噪声图像,特别是SAR图象中特征提取.以不同地区ERS-2 SAR图像中海洋浮油膜提取为例,进行方法验证,同时对传统的影像分割技术进行对比.