利用偏振SAR图像测量海洋表面波坡和波谱VIP免费

利用偏振SAR图像测量海洋表面波坡和波谱摘要：人们已经发展了很多算法对海洋斜坡和波谱进行测量，其中，基于完全偏振孔径雷达(SAR)图像数据进行测量的方法得到了广泛的研究。在SAR方位和距离方向上测量波斜坡的独立技术已经得到了极大的发展。尤其重要的是，基于方向角的测量技术比其他传统的、基于强度的回波截面测量技术相比能实现对海洋波坡的直接测量。在方向角方向，波动会造成偏振角的变化，利用这一变化可以测量波坡。在距离方向上，一种新的测量方法被用来测量波坡，这种测量法被称为α参数测量法，α参数为Cloude-Pottier偏振散射分解定理中的H-A-ᾱ的一个参量。使用这两种方法可以实现对海洋波坡的精确且直接的测量。综上所述，两种方法实现了利用合成孔径雷达的偏振图像数据对海洋波坡和波谱的测量。这些测量方法必须能解决在SAR图像处理过程的非线性问题，这种非线性问题是中波动和加速效应引起的聚束效应。本次研究使用了美国航天局—喷气推进实验室/的机载合成孔径雷达从加州沿海水域得到L波段和p波段的数据。本文把新的测量方法与过去常规的基于SAR强度计算方法和NOAA国家数据中心利用浮标的测量方法进行了比较。1介绍合成孔径雷达(SAR)系统通常使用回波灰度算法(Alpers&Rufenach,1981)测量海洋的物理参数。具体做法为：合成孔径雷达发出一束线偏振光，线偏振光到达波面后被反射回来，我们通过测量回波截面或波动引起的解偏度的变化来估计的海洋表面波坡或波谱。但利用这样的方法的测量海洋波物理属性时，需要知道调制传递函数(MTF)。本次研究说明了利用偏振SAR数据和schule等人改进的算法对海洋波物理属性进行测量时，在方向角方向和距离方向都是可行的。在傅里叶变换域，我们可以利用两个正交方向的波坡信息估计完整的海浪斜坡的频谱。基于偏振合成孔径雷达的算法的优点就是它不需要复杂的调制传递函数参数，就几乎可以实现对波坡的直接测量。由运动引起的“速度聚束”是一种非线性效应，它对方向角方向的波动测量带来了困难，这些困难可以被1991年Engen和Johnsen以及1991年Hasselmann在几乎相同的时间提出的算法解决，这个算法可以降低先前测量方法的非线性。偏振角θ的改变很大程度上是由在偏振方向的波动引起的，而距离方向的波动对偏振角只有小部分影响。所以，偏振角θ的变化很大程度上是由波在偏振方向的运动造成的。在1996年，Schuler等人在提出一种算法，此算法最初被用在地形测量中，后来这个算法也被引用到了海洋测量中，该方法能测量海浪波坡的和波谱的偏振成分。但在地形测量中，Schuler等人的算法对大范围的入射角和边坡都有效，但当这个方法运用到海洋测量中就只能测量方向角方向的波坡，并且测量的波坡要远小于一度才有效。在1998年Pottier提出一种基于特征向量/特征值分解的参数测量法，此方法被用来在测量距离方向上的波坡。我们知道距离方向的波动能引起本地入射角φ的改变，从而改变ᾱ的值，这个ᾱ参数的值具有“卷积-不变性”，也就意味着方向角方向的波动对ᾱ的值没有影响。同样地，在海洋波的测量中，距离方向的波动对取向角θ值没有影响。因此，一个算法要使用两个参量（ᾱ,θ），才能测量任意方向的波坡。一般来说，在单个分辨单元内要实现在两个正交方向上对某个的物理参数的测量是不可能的，因此微波仪器必须有一个2-D成像或扫描功能，以便获得两个正交方向的信息。在我们已经讨论的两种测量方法中，用取向角测量对方向角方向的坡度的是最容易理解的，并且此方法在2000年己经被Lee证明是准确的。本次研究发现了在距离方向上使用新的α参数法测量波坡有很大的发展空间。本次研究使用了美国航天局—喷气推进实验室/的机载合成孔径雷达从加州沿海水域得到L波段和p波段的数据。我们对传统的基于强度对比的测量方法和运用新的极化合成雷达方法对海洋谱的测量结果做了比较。另外，我们也把使用新方法的测量结果和NOAA国家数据浮标中心发布的原位浮标做了对比。这些浮标是一些3-m的的铁饼浮标，它用来测量非定向海浪谱与频率的关系，还可以测量水面5米以上的风速以及风向。本文的最后即附录A中，我们阐述了当使用真实孔径雷达（RAR）对海洋波...