干涉SAR海洋流场探测若干方法研究

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海洋流场是海洋动力环境最为重要的参数之一,利用干涉SAR获取高分辨率、大测绘面积、高观测频率、高测量精度的海洋流场具有巨大的潜力和优势。顺轨干涉SAR直接测量海面一维流场速度,而近天底角交轨干涉SAR直接测量的是海面高度,再利用地转平衡方程组反演二维地转流场。这两种干涉SAR流场探测技术能够相互补充,构建更为完备的全球海洋流场观测体系。为此本文分别围绕顺轨干涉SAR和交轨干涉SAR海洋流场探测技术开展研究,主要工作和创新点如下:  (1)在机载顺轨干涉SAR海洋流场探测研究方面:  针对机载顺轨干涉SAR海面复图像无陆地或其他静止参考点时,配准精度较差的问题,提出了一种基于大尺度海浪纹理特征的复图像配准方法,并利用实际飞行数据验证了该方法提高配准精度的有效性和可靠性。  针对机载顺轨干涉SAR交轨基线分量引入的海面“平地相位”,提出了一种结合飞机姿态数据和平地相位条纹估计交轨基线参数的方法,可以准确去除沿方位向时变的海面“平地相位”;对交轨基线分量引入的海面波高相位建立了等效测速误差的数学模型,定量分析了飞机姿态角、雷达入射角等参数对等效测速误差的影响。  针对顺轨干涉SAR干涉相位定标的问题,基于舰船偏离尾迹这一SAR成像特有现象进行干涉相位定标,利用MIMO-SAR多基线顺轨干涉数据验证了方法的有效性并分析了定标精度。  (2)在星载顺轨干涉SAR海洋流场探测系统参数优化设计研究方面:  全面分析了顺轨干涉相位各种去相干源的影响,指出海面随机运动去相干和热噪声去相干是决定流场测量精度的主要因素;结合海洋流场实际速度范围、海面相干时间、海面后向散射系数等参数,系统分析了星载顺轨干涉SAR系统参数设计准则。  基于海面微波成像仿真模型,输入海面二维流场、风速和风向,仿真了不同雷达系统参数下的顺轨干涉相位并分析了相应的流场测量精度,系统论证了星载顺轨干涉SAR基线长度以及雷达入射角的参数优化设计问题。  (3)在近天底角交轨干涉SAR流场探测研究方面:  针对国际上首个近天底角交轨干涉SAR(即天宫二号三维成像微波高度计)获取的数据进行了处理和分析。利用干涉相位估计了其测高精度,结果表明在1km分辨单元上测高精度较低,如果放宽分辨率至10km可满足测高精度要求。但是由于三维成像微波高度计有效测绘带宽仅有47km,所以很难实现对中小尺度海洋流场高分辨率、高精度的探测。  首次发现近天底角下,油膜或内波调制海表面粗糙度,导致在测绘带近端和远端之间产生幅度图像分界现象,并结合海洋遥感机理定性分析了该现象产生的原因,指出未来我国星载近天底角交轨干涉SAR应充分考虑这一现象,合理设计系统参数特别是雷达入射角。
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