本文關(guān)鍵詞：基于ASAR的時變海表面流場反演研究

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【摘要】：海流是海洋學(xué)中十分重要的研究對象,研究海流的特征及其變化規(guī)律并獲取準(zhǔn)確的海表流場信息對數(shù)值海洋預(yù)報(bào)、海洋生態(tài)保護(hù)、海上船只航行、海上軍事行動、海洋漁業(yè)生產(chǎn)乃至全球氣候變化研究等均具有極其重要的意義。目前,傳統(tǒng)的常規(guī)海流觀測手段存在著較多的問題,不能滿足日益增長的海流信息需求,而采用遙感反演,特別是微波遙感反演海流的方法正展現(xiàn)出誘人的前景。針對微波遙感反演海流方法尚存在以經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑橹骱头囱莘椒ú淮_定性較大等問題,本論文以多普勒中心的理論模型為切入點(diǎn),采用星載合成孔徑雷達(dá)分發(fā)的元數(shù)據(jù),提出微波反演海流的新方法,為研究海流特征及其變化規(guī)律提供了有力的支撐�；仡櫤涂偨Y(jié)目前已在文獻(xiàn)中出現(xiàn)的衛(wèi)星遙感反演海面流場的方法,主要有四種:基于時序圖像不變特征方法(MCC法、CR法等)、雷達(dá)高度計(jì)地轉(zhuǎn)流反演法、SAR多普勒中心頻率法和SAR順軌干涉測量法(ATI)。四類方法的反演精度不同,各有適用的范圍,但就近海海域業(yè)務(wù)化海流反演的角度來說,基于SAR測量的海流反演方法要優(yōu)于其他方法,主要體現(xiàn)在SAR本身具有較高的精度和良好的分辨率。本文研究了基于SAR測量原理的低分辨率海流反演方法,內(nèi)容主要是將SAR目標(biāo)偵測中的多普勒中心估計(jì)技術(shù)應(yīng)用于海流的反演。雷達(dá)多普勒中心估計(jì)技術(shù)主要研究如何精確估計(jì)原始雷達(dá)回波數(shù)據(jù)多普勒譜的中心頻率。該技術(shù)目前主要應(yīng)用于雷達(dá)成像領(lǐng)域和陸地目標(biāo)追蹤、識別等領(lǐng)域,在海洋方面的研究和應(yīng)用相對較少。本文研究從衛(wèi)星元數(shù)據(jù)獲取多普勒頻移參數(shù),并從中校正由衛(wèi)星姿態(tài)引起的多普勒頻移誤差和剔除海浪的影響。衛(wèi)星數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)包含了從衛(wèi)星上測量得到并做過多普勒中心估計(jì)的多普勒頻移,稱為測量多普勒頻率。該測量多普勒頻率中包含了衛(wèi)星運(yùn)行姿態(tài)導(dǎo)致的頻移偏差,稱為預(yù)測多普勒頻率,需要從回波數(shù)據(jù)中估計(jì)該誤差項(xiàng),并在方位向和距離向上予以消除。除此之外,衛(wèi)星發(fā)射的微波信號在海面以布拉格散射為主,需要去除海面布拉格波對多普勒頻移的影響。本文將反演獲得的海表流速與HYCOM模擬結(jié)果及文獻(xiàn)資料結(jié)果進(jìn)行對比,證實(shí)反演結(jié)果的精度較好。在以上海流反演的基礎(chǔ)上,將本文設(shè)計(jì)的海流反演方法與其他基于SAR測量的海流反演方法進(jìn)行了對比分析,這些方法主要包括:基于Radarsat SAR數(shù)據(jù)的經(jīng)驗(yàn)魯棒模型,基于ASAR數(shù)據(jù)的誤差擬合模型,順軌干涉測量(ATI)海流反演方法和基于多普勒雷達(dá)成像模型(Dop RIM)的海流反演方法。通過對比分析,進(jìn)一步明確了本文方法的優(yōu)點(diǎn),為業(yè)務(wù)化的海流反演提供了良好的借鑒。除此之外,本文還深入分析和探討了海表面風(fēng)場與反演海流的關(guān)系,主要進(jìn)行了海表風(fēng)場的反演,并從中發(fā)現(xiàn)了風(fēng)對海流分布及流場結(jié)構(gòu)形成所造成的影響。海表面風(fēng)場的獲取方式,除了可以利用已有的風(fēng)場產(chǎn)品外,還可以從微波后向散射系數(shù)(NRCS)圖像反演得到。反演的主要方法是建立風(fēng)場與后向散射系數(shù)之間的地球物理模型函數(shù)(GMF),通過該模式函數(shù)及海表面后向散射系數(shù)圖像,計(jì)算獲得風(fēng)場。本文利用ASAR數(shù)據(jù)計(jì)算得到的NRCS圖像,通過圖像分割和二維快速傅立葉變換,獲得海面子圖像的二維傅立葉譜。根據(jù)風(fēng)向與譜峰方向垂直,獲取風(fēng)向方向,將風(fēng)向及后向散射系數(shù)代入CMOD5模式函數(shù)求得風(fēng)速大小。這樣求得的風(fēng)場,風(fēng)向具有180度模糊的問題存在,本文結(jié)合Quick SCAT風(fēng)場統(tǒng)計(jì)資料予以消除。在反演得到海表面風(fēng)場的基礎(chǔ)上,本文分析了風(fēng)場對海表面流場形成及分布所造成的影響,進(jìn)一步明確了風(fēng)場不僅可以幫助確定海流反演中的海浪成分,還會對海表流場的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生明顯影響,這對提高海流反演的精度具有重要的意義。下一步的研究工作主要是在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高海流反演的分辨率。高分辨率海流反演是一個很復(fù)雜的問題,本文只完成了低分辨率海流反演的研究工作,為高分辨率的海流反演提供了一定的借鑒,后續(xù)的工作還需要繼續(xù)展開。
【學(xué)位授予單位】：上海海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：P715.7;P714.1

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本文編號：1272737