[發明專利]一種基于SAR的海面風場反演最優分辨率的判定方法

有效

• 申請號: 201710831818.1
• 申請日: 2017-09-15
• 公開（公告）號: CN107505616B
• 公開（公告）日: 2019-10-29
• 發明（設計）人: 張康宇;黃敬峰;郭喬影
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90;G01S13/95
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 陳升華

本發明提供了一種基于合成孔徑雷達(SAR)的海面風場反演最優分辨率的判定方法，包括：獲取同時包含同極化和交叉極化的合成孔徑雷達影像，并進行預處理；將同極化和交叉極化后向散射系數影像，進行重采樣；利用同極化地球物理模式函數進行海面風場反演，得到不同空間分辨率的同極化風場數據；利用交叉極化海洋模型函數進行海面風場反演，得到不同空間分辨率的交叉極化風場數據；建立不同空間分辨率的同極化風場數據和交叉極化風場數據的均方根誤差隨空間分辨率變化的高斯模型；對函數進行一階導數求導，當導數值大于?1×10^?4時，則認為該點對應的空間分辨率是最優分辨率。該空間分辨率下反演的風速有較高的精度。

技術領域

本發明涉及合成孔徑雷達數據處理的技術領域，具體涉及一種基于合成孔徑雷達(SAR)的海面風場反演最優分辨率的判定方法。

背景技術

在過去的幾十年中，遙感衛星技術被大量的應用在海洋觀測與區域監測的研究中。美國國家航空航天局(NASA)于1978年6月27日在范登堡發射了“海洋衛星”(Seasat-1)，該衛星上搭載有微波散射計。雖然衛星只工作了105天，但它開創了星載SAR觀測地表環境的先河，給我們提供了大量有關陸地、海洋、冰面的圖像，獲得了從未有過的地表信息，實現了全天時、全天候成像工作。Seasat-1衛星所搭載微波雷達是L波段，從衛星獲取的SAR影像上可以解譯出明顯的條紋特征，這些特征都是受到內波、海底地形、海浪、風速等的影響造成的。隨后，美國國家航空航天局分別于1981年和1984年發射了SIR-A和SIR-B衛星，它們所搭載的雷達均處于L波段，極化方式是HH極化。雖然SIR-A衛星運行時間只有7個半小時，但它獲取了大量地球表面數據，通過解析這些數據為我們研究地球環境提供了新的視角，其中包括發現了撒哈拉沙漠中的地下古河道；SIR-B衛星具有不同入射角下獲得SAR圖像的功能，有利于開展更多領域的研究(劉良明，2005)。

上世紀90年代，合成孔徑雷達衛星發展迅速。ERS-1和ERS-2是歐洲空間局(European Space Agency，ERA)分別于1991年7月和1995年4月發射的兩顆衛星。ERS系列衛星是海洋動力環境衛星，其雷達參數基本一致，均搭載C波段雷達，工作模式有①成像模式②海浪監測模式③風監測模式三種，極化方式為VV或者HV極化。成像方式主要用于對海洋動力學現象的探測，對于海面風場、海面波浪、海平面高度、極地冰層監測及海岸線監測都有著重要的作用。Alpers和Brummer(1994)在利用ERS-1雷達影像對海洋大氣邊界渦旋的研究中，首次將CMOD4模型用于海面風速測量，其后Vachon和Dobson(1996)對用該模式從ERS衛星影像計算海面風速進行了較為系統的研究和評估，在已獲取海面風向的情況下，反演得到海面風速與實測資料相比，其均方根誤差高于1.5m/s。隨后，Lehner等(1998)發現大量的ERS影像存在可見的數十公里級的風條紋信息，通過分析發現風條紋與海面風向近似與平行分布，利用該方法獲取的海面風向與實測風向數據的均方根誤差在5°左右。ERS-2于2011年7月5號正式退役，ERS衛星系列前后工作近20年，為我們對海洋研究提供大量的影像資料。RADARSAT-1衛星是加拿大于1995年發射的C波段合成孔徑雷達衛星，該衛星具有多入射角成像的能力，在寬幅掃描模式下最大可獲得幅寬為500km的影像。Vachon和Dobson(2000)則采用CMOD-IRF2模式對RADARSAT-1SAR影像進行海面風速反演，也得到了較好的結果。楊勁松和黃韋艮等(2001)利用RADARAT-1HH極化SAR數據反演獲得了中國海南省東南部近岸海區海面風場，利用風條紋方法獲取海面風向，采用CMOD-IRF2模式反演風速并與預報風場數據進行對比，海面風速和風向的均方根誤差分別為0.94m/s和4.03°。