基于GNSS-R的反演海面风速技术的研究

对利用全球导航定位系统的海洋反射信号(GNSS-R)反演海面风速的方法进行了研究。GNSS-R技术作为一种新型的、低成本的海洋微波遥感测风技术,与其他测风技术相辅相成,弥补了某些测风手段的不足。文中还讨论了散射信号相关功率模型中的散射截面、多普勒区、等延时区、天线覆盖区四部分函数的定义和性质。使用Elfouhaily海浪谱模型,数值模拟了机载高度下散射信号相关功率的理论波形,在此基础上,又结合机载高度下获得的实测数据反演得到海面风速,反演得到的风速的均值与试验时浮标数据所对应的风速的均值比较相差1.4 m/s,误差在可接受的范围内,反演得到的风速与浮标数据相一致。     

基于外部风向初始信息的SAR影像海面风场反演研究

首先利用SeaWinds散射计风向作为初始信息进行SAR(Synthetic Aperture Radar)影像海面风场反演,在对SAR影像进行了噪声剔除、辐射定标、极化转换等处理后获得VV极化下各分辨单元的后向散射系数,结合地球物理模式函数获取风速并显示输出海面风场的分布情况。在此基础上,尝试利用WRF(Weather Research Forecast)数值预报模式风向作为初始场从SAR影像中反演风速信息,将结果与之前以散射计风向作为初始信息得到的反演结果进行对比,验证实验方法的正确性,高分辨率数值预报模式风向结合SAR影像将是未来业务化近岸海面风场反演的发展趋势。     

利用双波段补偿法提高卫星高度计海面风速反演精度

提出了一种利用卫星高度计测量的同步双波段雷达射雷达散射截面数据提取海面风速特别是高风速信息的补偿算法。这一方法的基本思想是假定在正常情况下,高度计测量的Ｋｕ和Ｃ波段的后向散射截面对于某一风速存在一种“标准”关系,降雨和大浪等异常大气海洋过程的出现会导致σ＾０ｋｕ／     

高分辨率SAR图像道路提取综述

在遥感领域,SAR(Synthetic Aperture Radar,SAR)图像道路提取具有很高的研究意义和应用价值,特别是随着SAR成像技术的不断发展、SAR图像分辨率的逐步提高,该课题的研究更加备受关注。然而,从目前的情况看,高分辨率SAR图像的道路提取研究还不够完善,许多低分辨率SAR图像的道路提取方法在处理高分辨图像时并不适用,因此文中归纳总结了高分辨率SAR图像道路提取的一般流程,列举了一些具体的方法,同时有针对性地分析其优缺点和适用范围,指出该研究课题目前存在的主要问题,并展望其发展趋势。     

星载全极化微波辐射计海面风向反演仿真研究

全极化微波辐射计是一种可以测量海面辐射全部4个Stokes参数的新型被动遥感仪器,是测量海面风场、尤其是海面风向的新手段。介绍了国际首台全极化微波辐射计WindSat的海面风向信号谐波特征,在分析风向反演180°模糊度现象的成因基础之上,提出了利用WindSat能够进行前-后向双视扫描的优势去除风向反演180°模糊度问题的思路;通过构建海面风场仿真场景,在WindSat模拟亮温数据中加入高斯白噪声后,使用最大似然估计法和中值滤波技术开展了海面风向反演。比较和分析了使用WindSat前向刈幅和WindSat前-后向刈幅观测数据的风向反演结果。结果表明:由于能够有效去除风向反演180°模糊度,使用前-后向刈幅观测数据的风向反演精度要明显优于仅仅使用前向刈幅的反演结果。     

VC++与MATLAB混合编程用于SAR图像处理

SAR图像处理与质量评估是SAR图像应用的关键环节，文章主要介绍了利用MATCOM进行VC 和MATLAB混合编程的步骤与优点，并将其用于SAR图像处理与质量评估软件开发。该软件通过图形与菜单，界面用户只需进行简单的菜单操作就可以得到直观的处理和评估结果，为开展SAR图像处理、质量评估研究提供了一个有力的工具。     

高分辨率极化SAR图像水平集分割

目的 传统的极化SAR图像分割方法中,由于采用的统计分布模型不能较好地描述高分辨率的图像纹理特征,导致高分辨率极化SAR图像分割效果较差。针对这个问题,本文将具有广泛适用性的KummerU分布嵌入到水平集极化SAR图像分割方法中,提出了一种新的极化SAR图像分割算法。方法 将KummerU分布作为高分辨率极化SAR图像的统计模型,定义一种适用于极化SAR图像分割的能量泛函;利用最大似然法对各个区域的KummerU分布进行参数估计,并通过数值偏微分方程的方法求解水平集函数,实现极化SAR图像的区域分割。结果 分别对仿真全极化数据,真实全极化数据进行分割实验,结果表明本文提出的方法其分割精度高于传统方法,分割精度高于95%,从而验证了新方法的有效性。结论 本文算法能够对各向同质区和各向异质区的极化SAR图像都能取得良好的分割效果,并适应于多种场景,有效地分割出背景和目标。     

城区高分辨率SAR图像的信息获取与重建

简要介绍了一种多方位城区高分辨率SAR图像的信息获取和地物重建方法。该方法的整个流程包括用恒虚警率(CFAR)检测器检测边缘,用平行线Hough变换从边缘提取建筑物的像,根据提取的建筑物像的统计特性,给出有各方位的像估计建筑物参数的方法。用该方法对四方位PiSAR图像做试验,得到了较好的结果。最后给出了该方法的实际应用建议。     

面向对象的高分辨率SAR图像处理及应用

目的随着合成孔径雷达(SAR)技术和分辨率的不断提高,越来越多的空间细节呈现在高分辨率SAR影像上。与此同时,SAR图像的数据量越来越大,人们对其应用需求也越来越高,这使得传统的基于像素的SAR处理方法不再适用。面向对象分析技术以像元集合——"对象"为分析单元,为高分辨率遥感图像处理提供了有效的思路,并日渐成为遥感、摄影测量以及GIS等领域所关注的对象和研究热点之一。目前该技术在光学遥感中已经得到了广泛的应用,但在SAR图像处理中的应用还处于起步阶段。方法本文在简要阐述面向对象分析技术起源和特点的基础上,对SAR图像面向对象技术中常用的多尺度分割算法进行了分类分析,接着对面向对象技术在SAR遥感的应用方向进行全面介绍,最后对面向对象技术在SAR上的应用进行了总结与展望。结果面向对象分析技术在SAR图像处理中的应用主要分为以下五个方面:地物分类、城市信息提取、变化检测、海洋应用、森林应用。结论面向对象分析技术在解决高分辨率SAR图像尺度效应、抑制噪声等方面有着重要作用。目前,国外学者在基于SAR的面向对象分析技术研究上已经取得了一定的进展,但总体上该技术仍面临诸多问题,需要进一步的研究和完善。     

SAR与SPOT数据融合方法研究

随着多空间分辨率、多光谱分辨率、多传感器遥感数据日益增多,数据融合技术已经在地学领域得到广泛应用。以SAR和SPOT多光谱影像为数据源,通过几何校正、辐射定标、噪声去除等预处理,采用PCA、IHS、BT、HPF以及WT融合方法进行融合试验,选取标准差、信息熵以及相关系数对融合结果进行图像质量评价。结果表明：基于结构信息变换的HPF和WT方法,纹理结构信息保持较好,线性地物特征尤为突出;基于统计信息变换的PCA方法,不仅能较好保持多光谱信息,而且也保持了SAR影像纹理结构信息,信息熵指数最大;基于彩色变换的IHS和BT方法,虽然视觉效果较理想,但是色彩及光谱失真现象严重,信息熵值最小。      

基于星载微波辐射计的海面风场对海表盐度反演影响研究

为了研究海面风场对海表盐度反演结果的影响,需要构建准确的海面风场影响下的海表亮温模型。将不同海面粗糙度模型计算的结果与Aquarius盐度计卫星产品中的海面粗糙度数据进行了比较,结果表明双尺度模型结合海面泡沫模型的计算结果与Aquarius卫星产品粗糙度数据一致性最好。基于此构建了海面风场影响下的海面亮温仿真模型以及双极化通道的盐度反演模型,研究了海面风场对L波段海面微波辐射特性的影响以及风场资料误差对盐度反演精度的影响。仿真结果表明,2m/s的风速误差对盐度反演结果的影响较大。在低温和大风速条件下达到1psu以上,尚不能满足目前盐度遥感的精度要求。20°的风向误差对在中小入射角条件下对盐度反演结果影响较小,对盐度遥感的月平均要求影响不大。     

基于FY-3B微波成像仪的海面风速反演

风云三号B星微波成像仪的10.65、18.7、23.8和36.5 GHz频点对海表面粗糙度和介电特性比较敏感,能够用于海面地球物理参数的反演。为获得一种适用于全球大部分海域的海面风速反演算法,利用快速辐射传输模式和再分析大气廓线库模拟微波成像仪海面微波辐射特性,在此基础上建立了半经验反演算式,并利用浮标现场测量数据及WindSat全极化辐射计风速产品对半经验算法和经验算法分别进行了验证和对比。另外,通过分析风向对风速反演的影响,借助AT BV-TBH模型,尝试利用查找表算法对风向造成的晴空区域风速反演偏差进行初步校正。校正风向误差后,反演风速与浮标风速的均方根误差为0.9775 m/s。     

水面船只SAR探测的极化方式研究

利用SIR-C SAR的C和L波段全极化数据,分析水面船只的极化散射特性和船只与背景海面雷达后向散射的信噪比特性,研究水面船只SAR探测的最优极化方式。结果显示,二面角散射是水面船只SAR成像的主要机理。线性极化中,HV极化具有最大的船只与背景海面雷达后向散射信噪比。与线性极化相比,圆极化的雷达后向散射信噪比更优。C波段和L波段的水面船只的极化散射特性存在较大的差异,L波段的信噪比大于C波段的信噪比。水面船只的雷达后向散射特性表明,L波段的圆极化是水面船只探测的最优极化方式。     

神舟4号”飞船微波辐射计亮温反演海面温度、风速和大气水汽含量

“神舟4号”飞船微波辐射计是我国自行研制的第一个星载被动微波遥感器。自从“神舟4号”飞船发射以后,RAD获得了大量的地球表面南北纬40°以内的不同通道的微波辐射电压数据。通过定标调整,得到地球表面的微波辐射亮温。利用同步的RAD和TMI产品数据,建立了海面温度、风速和大气水汽含量的反演算法。然后利用TMI数据产品对反演算法进行了检验。结果表明二者具有很好的一致性,在无雨的情况下,海面温度、风速和大气水汽含量的均方根误差分别为1.40℃、0.35ms和2.71mm。     

卫星遥感海面风场的进展

空间技术的发展使得卫星遥感成为获取海面风速信息的重要手段。对卫星微波遥感海面风场的各种传感器的性能、特点等作了较全面地评述,并指出了卫星微波遥感信息的复合分析和数值同化将是获取海面风场的两个主要方法。     

Estimation of Sea Surface Velocities from SAR Images Using the Doppler Shift

The sea surface velocities field plays an important role in seawater exchange and substance transportation.In this paper,the Wide Swath Mode(WSM) data derived from the ENVISAT Advanced Synthetic Aperture Radar(ASAR) are used to retrieve the high-resolution sea surface velocities field.based on the theoretical model of SAR Doppler shift,the errors caused by the relative motion between Earth and satellite are removed.Then we use the C Band Doppler Frequency Model(CDOP) and the Bragg scattering model to remove the errors caused by the sea surface wind and Bragg scattering,respectively.The data used to verify the accuracy of the retrieval results are AVISO(Archiving Validation and Interpretation of Satellite Oceanographic) velocities and the GLD(Global Drifting Buoy) velocities.Our method is applied both in the coastal area with land cover(Agulhas) and the open sea(Kuroshio) without any land.Results show that in Agulhas,the velocity ranges from -1.8 m/s to 1.8 m/s,and their directions agree very well.In the Kuroshio,the ASAR current can clearly reveal the flow path and direction of the Kuroshio,and it matches well with the AVISO current.The comprehensive results shows,the Root Mean Square Error(RMSE) of ASAR and AVISO is 0.17 m/s,and the RMSE of ASAR and GLD is 0.11 m/s.This implies that the methods used here not only simplified the processes but also has high accuracy to retrieve sea surface velocities both in the coastal area and in the open sea.     

基于现场观测数据的卫星雷达高度计海面风速和有效波高真实性检验方法研究

卫星遥感产品定量化应用前需通过真实性检验。卫星雷达高度计可观测海面风速大小和有效波高等海洋动力环境参数,而对其进行真实性检验存在不同的时空匹配方法。使用3种不同的时空匹配方法,利用美国国家浮标数据中心(NDBC)现场观测数据对2011年的Jason2海面风速和有效波高产品进行了检验。Jason2海面风速大小和有效波高的均方根误差分别为1.28 m/s和0.28 m,同时结果表明:采用卫星高度计海面风速大小(有效波高)和同步的现场观测数据在一定时间(1 h)和空间(50 km)限制条件下进行对比检验,可以得到合理的高度计海面风速大小和有效波高精度评价结果。 Jason2卫星高度计海面风速大小和有效波高的精度与探测海域有关,其精度在墨西哥湾与西大西洋海域相对较高。     

非降水条件下微波辐射计海面风遥感产品性能分析

通过对5种微波辐射计SSM/I、SSM/IS、TMI、AMSR\|E和WINDSAT以及2种微波散射计ASCAT和QUIKSCAT多年的海面风产品同浮标同步的实测资料进行数据匹配处理,再对匹配后的数据进行数据分析和统计。研究结果表明:微波辐射计遥感海面风的性能在1 m/s左右,可以满足绝大多数应用的需求。微波辐射计的低频海面风产品性能优于中频产品,但是中频数据地面分辨率高,建议在近海应用中使用中频产品,在大洋应用中使用低频产品。就不同微波辐射计而言,AMSR\|E和WINDSAT性能较优,SSM/I和SSM/IS性能较差,TMI则处于中等水平。微波辐射计测量风速的性能与微波散射计相比处于同一水平,但在高风速段微波辐射计有一定优势。微波辐射计中仅全极化微波辐射计WINDSAT具有测量海面风向的能力,在低风速段,WINDSAT测量海面风向的性能远远不及微波散射计,只有风速超过6 m/s时,WINDSAT提供的海面风向数据才能符合应用的需求。当风速超过8 m/s后,WINDSAT遥感海面风向的能力就和微波散射计基本一致。在此基础上,提出了强风条件下深入研究的必要性,并对浮标测风存在的问题做出了初步的分析并指出了改进的方向。
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