探索海洋,發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)離不開船只,而對船只的有效監(jiān)測具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。在民用上,可以監(jiān)測水運(yùn)交通,進(jìn)行遇難船只的救助,對非法船只,如非法捕魚、走私及傾倒油污船只進(jìn)行監(jiān)管;在軍事上,可以及時檢測入侵船只,對獲取海上戰(zhàn)爭主動權(quán)有著重要的作用。合成孔徑雷達(dá)（Synthetic Aperture Radar,SAR）可以全天時全天候地工作,而且SAR圖像具有空間分辨率高的優(yōu)點(diǎn),因此SAR廣泛應(yīng)用于海面船只的探測與檢測,是海面目標(biāo)檢測的重要手段之一。通過間接地對船只尾跡進(jìn)行檢測以達(dá)到船只檢測的目的,相對于直接對船只進(jìn)行檢測有諸多優(yōu)點(diǎn):尾跡尺寸大更易檢測（可以降低對雷達(dá)圖像的分辨率要求）。此外不僅可根據(jù)尾跡得到船只位置,同時還可依據(jù)尾跡形態(tài)反演船只航向航速等信息。本文所采用的雷達(dá)圖像數(shù)據(jù)來自天宮二號三維成像微波高度計,其與傳統(tǒng)SAR相比不同之處在入射角�。ǖ鄬Ψ秶�,即（最大入射角-最小入射角）/最小入射角,較大）,為1°至8°,不同的入射角造成了成像效果與特點(diǎn)的不同。論文主要開展了如下工作:1、根據(jù)船興波阻力理論建立了開爾文尾跡的幾何模型,可用于仿真不同尺寸的船只沿任一方向以任一速度行駛時產(chǎn)生... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心)北京市

【文章頁數(shù)】：86 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

湍流尾跡及開爾文尾跡示意圖

天宮二號三維成像微波高度計圖像船只尾跡檢測4LordKelvin于1887年首次觀測并解釋了開爾文尾跡，其由尖波，發(fā)散波和橫波組成，傳統(tǒng)理論認(rèn)為兩臂張角為39°，如圖1.1所示。Hennings等人研究了船只尾跡模式[21]，根據(jù)他的理論，船只產(chǎn)生兩對開爾文臂，一對是船首產(chǎn)生，一對是船尾產(chǎn)生，且船首產(chǎn)生的開爾文臂的幅度總是高于船尾的開爾文臂幅度。開爾文尾跡的位置如圖1.1所示，它位于船只后側(cè)，一對臂相交于船只處，兩臂分別向兩側(cè)伸展。在傳統(tǒng)SAR系統(tǒng)的圖像中，開爾文尾跡的一對臂常常只能看到一個，這是歸一化雷達(dá)截面不同造成的。當(dāng)尖波傳播方向（近似于相應(yīng)尾跡臂所在直線的方向）平行于雷達(dá)距離向時最亮，尖波傳播方向垂直于距離向時，則為暗線或者觀察不到。所以，船只航向不同會導(dǎo)致尾跡在SAR圖像中明暗不同，可能存在兩臂均為暗紋，兩臂均為亮紋，一臂亮紋一臂暗紋等幾種情況[21]。Hennings等人指出，海面風(fēng)速低、SAR入射角孝SAR極化方式為HH極化時更容易檢測出開爾文尾跡。相比湍流尾跡來說，開爾文尾跡維持的時間更短，因此尺寸也更校由相機(jī)拍攝到的開爾文尾跡如圖1.2所示[20]。圖1.2湍流尾跡及開爾文尾跡光學(xué)圖窄V尾跡是由海面厘米級短波和電磁脈沖之間的共振布拉格散射產(chǎn)生的。海面厘米級短波是由船只運(yùn)動產(chǎn)生的，并沿各個方向傳播。直接觀察窄V尾跡，人眼只能看到一些很小的波，而不能看到窄V型的尾跡特征，只有在雷達(dá)圖像中才能看到V型尾跡，這是由于窄V尾跡在SAR圖像中的形成需要有電磁波和

第1章引言5海面波的共振布拉格散射。窄V尾跡半張角為2-3°，張角的大小取決于布拉格波的群速度和船只速度的比值[22]。窄V尾跡需要風(fēng)速低于2-3米每秒，海面很平靜時才可能有，因此不常見。距海面不同高度處密度及溫度會不同，分別稱為密度躍層和溫度躍層。在船只行進(jìn)過程中，原有的密度躍層和溫度躍層會被擾亂，從而產(chǎn)生內(nèi)波尾跡。內(nèi)波尾跡也是V型的，但是帶有明暗交替的波紋，如圖1.3所示，為內(nèi)波尾跡的幾何示意圖。圖1.3內(nèi)波尾跡幾何示意圖內(nèi)波尾跡的半張角=sin1()cv，其中c為內(nèi)波尾跡最外層尾跡的相速度，v為船速[6]，由于內(nèi)波尾跡移動緩慢，相速度在0.1m/s至1.0m/s之間，所以船速越大，尾跡夾角越小，所以半張角的變化范圍較大。不同于其他尾跡，內(nèi)波尾跡只在淺水區(qū)被觀測到過，只有海水層結(jié)性較強(qiáng)且船只吃水深的時候才能被觀測到。利用SAR圖像進(jìn)行海上船只檢測的方法從檢測對象的角度可以分為兩類，一類是直接對船只目標(biāo)進(jìn)行檢測；另一類是間接檢測船只尾跡，然后通過船只尾跡信息獲取船只信息。船只表面主要由金屬組成，船體上層很多結(jié)構(gòu)會構(gòu)成角反射器，因此會在SAR圖像中形成一塊很亮的目標(biāo)。然而，在SAR分辨率低、船只反射較弱以及高海況的情況下，SAR圖像中船只目標(biāo)難以形成亮目標(biāo)。同時，

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3104580