CN106501804A - 一种利用全极化sar回波数据解析海面风浪谱的方法 - Google Patents

一种利用全极化sar回波数据解析海面风浪谱的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106501804A
CN106501804A CN201611061450.7A CN201611061450A CN106501804A CN 106501804 A CN106501804 A CN 106501804A CN 201611061450 A CN201611061450 A CN 201611061450A CN 106501804 A CN106501804 A CN 106501804A
Authority
CN
China
Prior art keywords
bragg
polarization
full
contribution
scatters
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201611061450.7A
Other languages
English (en)
Inventor
王勃
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China University of Petroleum East China
Original Assignee
China University of Petroleum East China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China University of Petroleum East China filed Critical China University of Petroleum East China
Priority to CN201611061450.7A priority Critical patent/CN106501804A/zh
Publication of CN106501804A publication Critical patent/CN106501804A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S13/90—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging using synthetic aperture techniques, e.g. synthetic aperture radar [SAR] techniques
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S13/90—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging using synthetic aperture techniques, e.g. synthetic aperture radar [SAR] techniques
    • G01S13/904—SAR modes
    • G01S13/9076—Polarimetric features in SAR
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S13/90—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging using synthetic aperture techniques, e.g. synthetic aperture radar [SAR] techniques
    • G01S13/9021—SAR image post-processing techniques
    • G01S13/9023—SAR image post-processing techniques combined with interferometric techniques
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/95—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for meteorological use
    • G01S13/958—Theoretical aspects

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

本发明提供一种全极化SAR回波数据解析海面风浪谱的方法。该方法基于极化SAR测量数据的海面散射机制的分解。首先对全极化SAR回波数据进行极化分解。根据相干极化分解理论和海面散射理论，利用布拉格(Bragg)散射的理论模型，从全极化SAR回波数据中分离出单纯的Bragg散射贡献。将Bragg散射贡献的回波分量用于图像交叉谱的计算，能在海浪截止频率之外解析到Bragg散射对应的海面风浪频段的方向谱。一种利用全极化SAR回波数据解析海面风浪谱的方法，其特征在于包括以下技术实施：(1)全极化SAR海面回波数据的极化分解方法；(2)Bragg散射贡献的谱特征分析方法。

Description

一种利用全极化SAR回波数据解析海面风浪谱的方法
技术领域
本发明涉及极化干涉SAR(PolInSAR)数据处理领域中利用极化散射特性解析海面高频风浪谱，即一种利用全极化SAR回波数据解析海面风浪谱的方法，能解析出淹没在低频背景海浪中的高频风浪方向谱。
背景技术
极化干涉SAR是同时发射和接收两种(水平H和垂直V)极化的电磁波的合成孔径雷达(SAR)，在相干时间内获取四种极化组合(HH/VV/HV/VH)的SAR回波信号，能捕着地球表面不同散射元的不同极化特性。在海面的海水背景波动系统中，能够在SAR传感器上成像的是与电磁波发生Bragg共振散射的毛细波。毛细波又被长波调制，因此，在SAR图像上存在长波对毛细波的倾斜调制、流体力学调制、以及速度聚束调制。由于长波对毛细波的调制，导致SAR图像与海面的波动起伏是非线性的。因此，在SAR图像上解析海面波浪，本质上是在一个非线性的映射关系中，提取准线性的部分。其中，毛细波作为风海浪的主要成分，具有较高的瞬时径向速度，非线性较强。1991年德国科学家Hasselmann等人利用气象模式的海浪数据作为第一猜测谱，通过收敛迭代，从SAR图像谱中解析了准线性部分的海浪谱。1995年挪威科学家Engen等人利用SAR图像的交叉谱，不需要气象模式的先验参数便可解析准线性部分的海浪方向谱。2004年美国科学家Schuler等人提出利用极化SAR图像可以测量海面倾斜，进而反演海浪谱的算法。该算法利用了极化参数α的图像谱。
在海面散射特性方面，1999年法国科学家Quilfen等人提出将雷达后向散射系数分解为极化不变的贡献与极化可变的贡献。2007年法国科学家 Mouche等人在研究SAR后向散射系数在不同极化方式下的极化比特性时发现，考虑单一Bragg散射比考虑整个海浪谱的贡献能更好地解释SAR回波的极化比(VV/HH)特性。因此，Bragg波可以理解为海面上能改变电磁波极化方式的散射元。
发明内容
1.要解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种在合成孔径雷达回波数据中解析高频风海浪的方法。该方法首先在海面进行散射单元的极化分解，然后对单纯的Bragg散射贡献的回波分量进行图像谱分析，解决了传统海浪谱反演算法无法解析非线性的高频风海浪的问题。
2.技术方案
本发明提供一种全极化SAR回波数据解析海面风浪谱的方法。该方法基于极化SAR测量数据的海面散射机制的分解。首先对全极化SAR回波数据进行极化分解。根据相干极化分解理论和海面散射理论，利用布拉格(Bragg)散射的理论模型，从全极化SAR回波数据中分离出单纯的Bragg散射贡献。将Bragg散射贡献的回波分量用于图像交叉谱的计算，能在海浪截止频率之外解析到Bragg散射对应的海面风浪频段的方向谱。
3.有益效果
本发明相比背景技术具有如下优点：
(1)通过散射贡献的分割，解决了海浪谱反演的非线性问题；
(2)通过Bragg散射分量的谱分析，解析出风海浪的方向与强度；
附图说明
说明书附图1是本发明的实施原理流程图，图1中标记的具体含义参见具体实施方式。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明作进一步详细描述。参照说明书附图，本发明的具体实施方式分以下几个步骤：
(1)全极化SAR海面回波数据的极化分解。SAR的海面回波信号可模拟为Bragg散射回波与非Bragg散射回波的矢量和，即
其中，来自每一个散射元的回波经矢量叠加后，分别归属于Bragg散射贡献分量与非Bragg散射贡献分量。
(2)Bragg散射贡献的谱特征分析。对于极化分解得到的Bragg散射贡献Sb做交叉图像谱，该谱对应于频率在截至频率之外的高频风海浪。

Claims (3)

1.一种利用全极化SAR回波数据解析海面风浪谱的方法，其特征在于包括以下技术实施：
(1)全极化SAR海面回波数据的极化分解方法；
(2)Bragg散射贡献的谱特征分析方法。
2.权利要求1所述的一种利用全极化SAR回波数据解析海面风浪谱的方法，其中步骤“(1)全极化SAR海面回波数据的极化分解方法”具有如下技术特征：SAR的海面回波信号可模拟为Bragg散射回波与非Bragg散射回波的矢量和，即
来自于每一个散射元的回波经矢量叠加后，分别归属于Bragg散射贡献分量与非Bragg散射贡献分量。
3.权利要求1所述的一种利用全极化SAR回波数据解析海面风浪谱的方法，其中步骤“(2)Bragg散射贡献的谱特征分析方法”具有如下技术特征：对于极化分解得到的Bragg散射贡献Sb做交叉图像谱，该谱对应于频率在截至频率之外的高频风海浪。
CN201611061450.7A 2016-11-25 2016-11-25 一种利用全极化sar回波数据解析海面风浪谱的方法 Pending CN106501804A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611061450.7A CN106501804A (zh) 2016-11-25 2016-11-25 一种利用全极化sar回波数据解析海面风浪谱的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611061450.7A CN106501804A (zh) 2016-11-25 2016-11-25 一种利用全极化sar回波数据解析海面风浪谱的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106501804A true CN106501804A (zh) 2017-03-15

Family

ID=58327546

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611061450.7A Pending CN106501804A (zh) 2016-11-25 2016-11-25 一种利用全极化sar回波数据解析海面风浪谱的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106501804A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109541591A (zh) * 2018-09-18 2019-03-29 中国海洋大学 一种基于线性滤波法的sar海浪成像仿真方法
CN111738347A (zh) * 2020-06-28 2020-10-02 国家海洋环境预报中心 海浪方向谱订正方法、装置、存储介质和电子设备
CN113050091A (zh) * 2021-03-08 2021-06-29 国家海洋技术中心 一种星载合成孔径雷达风速风向联合反演方法及系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000314773A (ja) * 1999-05-07 2000-11-14 Kokusai Kogyo Co Ltd 短波海洋レーダ観測装置
CN101515036A (zh) * 2008-02-20 2009-08-26 中国科学院电子学研究所 消除海面合成孔径雷达成像中时变模糊效应的方法
CN103413296A (zh) * 2013-07-13 2013-11-27 西安电子科技大学 在特征域内对极化sar目标的检测方法
CN104730518A (zh) * 2015-03-30 2015-06-24 北京空间飞行器总体设计部 一种基于高斯拟合的雷达多普勒谱估计海面流场的方法
CN105445708A (zh) * 2015-11-11 2016-03-30 西安电子科技大学 一种极化合成孔径雷达的定标方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000314773A (ja) * 1999-05-07 2000-11-14 Kokusai Kogyo Co Ltd 短波海洋レーダ観測装置
CN101515036A (zh) * 2008-02-20 2009-08-26 中国科学院电子学研究所 消除海面合成孔径雷达成像中时变模糊效应的方法
CN103413296A (zh) * 2013-07-13 2013-11-27 西安电子科技大学 在特征域内对极化sar目标的检测方法
CN104730518A (zh) * 2015-03-30 2015-06-24 北京空间飞行器总体设计部 一种基于高斯拟合的雷达多普勒谱估计海面流场的方法
CN105445708A (zh) * 2015-11-11 2016-03-30 西安电子科技大学 一种极化合成孔径雷达的定标方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王勃: "星载全极化SAR海面散射特性及其船目标检测方法", 《中国博士学位论文全文数据库 信息科技辑》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109541591A (zh) * 2018-09-18 2019-03-29 中国海洋大学 一种基于线性滤波法的sar海浪成像仿真方法
CN109541591B (zh) * 2018-09-18 2022-06-10 中国海洋大学 一种基于线性滤波法的sar海浪成像仿真方法
CN111738347A (zh) * 2020-06-28 2020-10-02 国家海洋环境预报中心 海浪方向谱订正方法、装置、存储介质和电子设备
CN111738347B (zh) * 2020-06-28 2021-03-30 国家海洋环境预报中心 海浪方向谱订正方法、装置、存储介质和电子设备
CN113050091A (zh) * 2021-03-08 2021-06-29 国家海洋技术中心 一种星载合成孔径雷达风速风向联合反演方法及系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zilman et al. The speed and beam of a ship from its wake's SAR images
Krogstad et al. Generalizations of the non‐linear ocean‐SAR transform and a simplified SAR inversion algorithm
Liu et al. SAR raw data simulation for ocean scenes using inverse Omega-K algorithm
CN103323816B (zh) 基于信息熵的导航x波段雷达海浪波高反演算方法
CN106501804A (zh) 一种利用全极化sar回波数据解析海面风浪谱的方法
Qi et al. Phase-resolved wave field simulation calibration of sea surface reconstruction using noncoherent marine radar
CN103383455A (zh) 基于阴影恢复形状技术的海浪参数提取方法
CN103293521A (zh) 一种利用x波段雷达探测近海海域水深的方法
Resio et al. Characteristics of directional wave spectra and implications for detailed-balance wave modeling
Rosenberg et al. Characterisation of the Ingara HGA dataset
Frost et al. The information content of synthetic aperture radar images of terrain
Li et al. A case study of winter storm-induced continental shelf waves in the northern South China Sea in winter 2009
Barrick The role of the gravity-wave dispersion relation in HF radar measurements of the sea surface
He et al. A robust scheme for deterministic sea wave reconstruction and prediction using coherent microwave radar
Simanesew et al. Bimodality of directional distributions in ocean wave spectra: a comparison of data-adaptive estimation techniques
Stepanov et al. Numerical simulation of water circulation in the central part of the Sea of Japan and study of its long-term variability in 1958–2006
Fan et al. Shallow water depth retrieval from space-borne SAR imagery
Zhang et al. Extraction of ocean wave spectra from simulated noisy bistatic high-frequency radar data
Shahidi et al. A new automatic nonlinear optimization-based method for directional ocean wave spectrum extraction from monostatic HF-radar data
CN107422320A (zh) 一种消除降雨对x波段雷达观测海浪的影响的方法
Merkova et al. Strategies for coupling global and limited-area ensemble Kalman filter assimilation
Jahanmard et al. Retrieval of directional power spectral density and wave parameters from airborne LiDAR point cloud
Silva et al. A new nonlinear approach to extraction of ocean wave spectra from bistatic Doppler HF-radar data
CN105911349A (zh) 基于重排时频谱的线性扫频信号基本参数估算方法及装置
Chen et al. Gaussian process regression for estimating wind speed from X-band marine radar images

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20170315

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication