SAR海浪方向谱的Monte Carlo仿真

利用Longuet-Higgins线性海浪模型和JONSWAP海浪谱来表示海浪方向谱。在Bragg波散射模型的假设下,推导了海浪谱与SAR图像谱之间的映射变换,它适用于线性海浪的成像范围。采用Monte Carlo方法,可产生具有随机性的海浪方向谱。对于时不变的海面来讲,该方法具有计算效率适中的特点。仿真结果表明,海浪谱与SAR图像谱之间存在着谱的畸变、谱的分裂和方位向谱的移位等特点。     

干涉合成孔径雷达海浪遥感研究

海浪是重要的海洋环境参数, 它对港口建设、海上航行、油气田开发等具有重要的意义。合成孔径雷达(Syn thet ic Apertu re Radar, SAR ) 是目前大范围测量海浪的主要工具, 用它来估计海浪主波系统的波长和传播方向比较好, 但要定量的提供海浪的振幅以及SAR 图像强度与实际海面的关系是相当困难的, 而且由SAR 图像获取海浪方向谱也比较复杂。沿航迹干涉合成孔径雷达(Along-Track Interferometric Synthet ic Aperture Radar,ATI-SAR ) 是在平台飞行方向上安置两根天线的双天线合成孔径雷达。相对于合成孔径雷达, 真实孔径雷达调制传递函数对沿航迹干涉合成孔径雷达相位图像的影响很小, 因此沿航迹干涉合成孔径雷达更适合测量海浪。详细介绍了沿航迹干涉合成孔径雷达海浪遥感的成像机制, 为进一步反演海浪方向谱奠定了基础, 最后针对目前研究存在的问题以及今后有待研究的方向进行了探讨。     

极化合成孔径雷达测量海浪的研究

描述了极化合成孔径雷达海浪成像过程。提出了一种极化雷达反演海浪方向谱的方法,该方法利用合成孔径雷达图像谱与海浪方向谱之间简单的线性关系和最优方法反演得到海浪方向谱,并将结果与现场资料进行了比较。经过对同一海区机载雷达P、L、C 3个波段的图像进行反演,其方向谱相当一致,而且有效波高和波向与实测数据吻合相当好。     

利用星载SAR图像检测海洋锋的方法

海洋锋区剪切流、辐聚流与海洋表面波之间存在相互作用,将这种相互作用处理为对海浪谱的扰动,来分析其对海浪谱密度和谱梯度的影响;根据两尺度模型,分析了海面小尺度波(厘米级)和大尺度波(海浪)与雷达后向散射系数的关系,从而说明了海洋锋的SAR成像原理。在海面SAR图像中,海洋锋的尺度比海浪的尺度大2~3个数量级,可以通过二维空间谱分析,将海浪信息的主要部分滤除,再利用数字图像处理技术提取海洋锋的特征信息,由此形成了一套用海面SAR图像提取海洋锋特征参数的信息处理方法。     

SAR探测水下运动物体波浪尾迹的模拟研究

水下运动物体可以在海面产生波浪,这种波浪与海洋表面波相互作用改变了海浪谱的高低频分布而形成波浪尾迹。将这样的波-波相互作用处理为对背景海浪谱的扰动,利用海面微波散射的二尺度模型,分析波浪尾迹对雷达散射系数的影响,并给出相应的数值计算模型;对水下不同运动状态物体的波浪用汇源分布法计算出波面函数,将它们分别与一些特定海况的海浪波面函数叠加,并对之进行微波后向散射测量仿真计算,给出波浪尾迹的SAR(Synthetic Aperture Radar、合成孔径雷达)探测图像;再利用二维谱分析技术对模拟SAR图像进行处理,提取波浪尾迹信息。初步结果表明,SAR探测下运动物体是可行的。
     

多视SAR图像交叉谱虚部反演海浪信息

提出利用多视处理子视图交叉谱虚部反演海浪信息的方法。子视图中心频率差分别为400Hz,600Hz和800Hz。所用四幅SAR图像均由JERS-1不同时间采集的。地点为东京附近海域,并有对应的测量所得海浪信息,包括波向、波高和周期。反演结果表明,中心频率差为400Hz的处理方法所得结果精度最高,对应的波向和周期信息都与实测数据相差无几。     

基于谱聚类与混合模型的SAR图像多尺度分割

针对谱聚类方法应用于合成孔径雷达（SAR）图像分割时Laplace矩阵的特征值和特征向量难以计算的问题,结合SAR图像在多个尺度的统计信息,给出了一个包含顶点凝聚、初始分割和分割细化3个步骤的SAR图像多尺度分割方法。首先,用一个顶点数不断减少的凝聚图序列来逼近从SAR图像得到的图;然后应用谱聚类方法对最粗尺度的凝聚图进行分割得到初始分割结果;最后根据SAR图像的统计性质,利用基于混合模型估计的分类后验概率将初始分割结果逐尺度进行细化得到SAR图像的最终分割。实验结果表明了方法的有效性。     

双峰谱模型在风切变雷达目标检测中的应用

针对低空风切变的检测问题,提出了一种基于机载风切变雷达回波信号的双峰谱参数模型,利用该模型对回波信号频谱进行拟合分析,省略了预滤杂波处理环节,可以直接对风切变目标进行探测。该模型中的两个参数,平均风速和方差,是风切变现象的两个特征参数;把双峰谱频谱模型同风切变雷达回波仿真频谱作了仿真和对比分析,提取出风速等参数;结果表明,双峰谱模型较好地拟合了回波信号频谱,证实了双峰谱模型的有效性,在低空风切变雷达中有一定的应用前景。     

全极化合成孔径雷达海浪遥感方法

提出了一种利用全极化真实孔径雷达测量方位方向和距离方向海浪斜率的新方法,该方法不同于极化方向角估计海浪方位向斜率方法,利用两种线极化图像信息将有关弱极化项剔除(流体动力学调制),获得仅包含倾斜项和极化调制项的雷达成像公式。利用机载SAR取代真实孔径雷达进行海浪反演,获得了与浮标致的结果。另外,在速度聚束模式情况下,推导了双极化合成孔径雷达图像谱同海浪谱的非线性变换关系。     

全极化SAR极化特征谱应用研究

在分析特征值分解结果,全部散射机制组合和极化特征谱性质的基础上,提出基于3个特征谱参数的假彩色合成方法,可以更加有效直观地反映地物散射特征,再对散射熵、散射角、反熵和4个极化特征谱参数进行特征选择分析,给出最佳的多维特征向量选择方案,从而实现传统遥感图像分类器如同ISODATA算法对极化SAR图像的分类。实验选择了一景Radarsat\|2标准全极化SAR数据,包含典型的城市、植被和水体三大类地物,实验结果表明:极化特征谱假彩色合成充分反映了各地物散射特征,特征谱和散射角组成了最佳特征向量,非监督分类结果表明:该方法克服了城市与植被在H\|Alpha平面上分布界限模糊的问题,分类精度高于H\|Alpha平面非监督分类,与Wishart-H-Alpha-A分类方法相当。     

Measurement of ocean surface slopes and wave spectra using polarimetric SAR image data

Methods have been investigated which use fully polarimetric synthetic aperture radar (SAR) image data to measure ocean slopes and wave spectra. Independent techniques have been developed to measure wave slopes in the SAR azimuth and range directions. The azimuth slope technique, in particular, is a more direct measurement than conventional, intensity based, backscatter cross-section measurements.In the azimuth direction, wave-induced perturbations of the polarimetric orientation angle are used to sense the wave slopes. In the range direction, a new technique involving the alpha parameter from the Cloude-Pottier H-A-? (Entropy, Anisotropy, and (averaged) Alpha) polarimetric scattering decomposition theorem is used to measure slopes. Both measurement types are sensitive to ocean wave slopes and are directional. Taken together, they form a means of using polarimetric SAR (POLSAR) image data to make complete measurements of either ocean wave slopes, or directional wave spectra.These measurements must still contend with fundamental nonlinearities in the SAR image processing (i.e., azimuth direction “velocity bunching”) that are due to wave velocity and acceleration effects.NASA/JPL/AIRSAR L-, and P-band data from California coastal waters were used in the studies. Wave parameters measured using the new methods are compared with those developed using both conventional SAR intensity based methods, and with in situ NOAA National Data Center buoy measurement products.     

Image enhancement for segmentation by self-induced autoregressivefiltering

A filter induced by the autoregressive pattern from an image is used to enhance the image itself. The enhanced image usually reveals the wave pattern and nonstationary structures more clearly than the original. Unlike the Fourier analysis, local structures in the image are still retained. The merits have been demonstrated on simulated data and synthetic-aperture radar (SAR) ocean imagery     

Ocean remotely sensed image analysis using two-dimensional continuous wavelet transforms

Ocean remote sensing is a useful way to obtain ocean wave information. Due to possible inhomogeneities from remotely sensed images, the current work proposes issues concerning ocean wave image analysis using the two-dimensional continuous wavelet transforms (2-D CWTs) to calculate local wave image spectra from inhomogeneous images. To optimize the algorithm of the 2-D CWT for wave image analysis, this work explores ideal parameter values for the wavelet function. The current study also analyses the limits of spatial image resolution and wave image size. After implementing the 2-D CWT on satellite and X-band radar images, this study presents local image spectra and ocean wave information from all the ocean images. These local image spectra reveal the phenomenon of wave refraction and wave nonlinearity nearshore. Compared to real wave spectra, the wavelet spectra present accurate results to describe local wave features in the spatial frequency domain.     

内波极性转变过程序列SAR图像仿真研究

基于Lynett和Liu的水平二维内孤立波传播模型,对内波的极性转变过程进行了序列SAR成像仿真研究。通过分析下降型内孤立波转变为上升型的序列SAR仿真图像,验证了内波极性转变时在SAR图像上出现信号减弱和特征消失的现象。对比于实地星载SAR图像,仿真结果也验证了内波在传播过程中受地形变化影响而出现的传播方向平行于等深线、分裂等现象。