基於SAR的淺海水域地形反演研究

《基於SAR的淺海水域地形反演研究》是依託華東師範大學，由周雲軒擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於SAR的淺海水域地形反演研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：周雲軒
• 依託單位：華東師範大學

項目摘要

河口海岸水下地形及水深信息是涉及河口海岸各學科領域研究的基本要素，快速獲取大範圍的河口海岸水深數據，對於地貌演變監測、海岸工程建設和防護、航道清淤、及風暴潮災害預測和防禦等具有重要意義。本研究套用合成孔徑雷達SAR數據，探討河口海岸淺海水域水下地形及水深的SAR成像機理和反演方法。依據雷達後向散射機理，綜合考慮海表波-流相互作用下整個微尺度波的變化對雷達後向散射截面的貢獻，建立雷達波與海表面微尺度波相互作用的雷達後向散射模型；結契約步觀測數據和數值模擬，建立描述海表流場與海表面微尺度波相互作用的波-流相互作用模型，精準反演海表流場；構建海表流場與河口海岸二維或三維淺海水域水下地形相互作用的流模式；深入分析河口海岸淺海水域水下地形的SAR影像特徵，完善SAR淺海水域水下地形的成像機理，發展基於成像機理的SAR淺海水域水下地形/水深反演模型，並且定性定量分析SAR反演模型的誤差源及不確定性。

結題摘要

海岸帶水深及變化對通航安全、漁業養殖、軍事以及其它近海和離岸作業安全等都具有重要的意義。而合成孔徑雷達（Synthetic Aperture Radar，SAR）是未來監測海岸帶地貌演變的一種潛在工具。雷達感測器的一個重要套用就是可以觀測到水下地形特徵的變化。基於觀測數據，利用遙感技術和數值模擬的手段研究淺海水下地形的2維雷達成像理論，並基於流場數值模型和雷達成像模型（RIM）的集成，建立長江河口水下地形雷達成像模型。項目主要成果有： （1）建立了可以對複雜水深特徵進行實時模擬和雷達成像的完全2維的長江口水下地形雷達成像模型。由模擬流場計算得到的輻聚和輻散區與SAR影像上出現的海表面不規則2維亮暗條紋的位置相吻合，通過輸入風場以及相關雷達參數後，2維雷達成像模型模擬得到的SAR圖像與實測ERS-2 和Sentinel-1 SAR圖像也較為一致，這表明該模型具備較為可靠的實時水下地形雷達成像能力。 （2）定量剝離和分析了影響水下地形雷達成像的主要因素和條件。海表面粗糙度受整體水深值變化影響較小，受水下地形坡度變化影響較大。而順風（或逆風）的流場條件、相對低風速和垂直於風向的雷達視向條件更適合淺海水下地形雷達成像。 （3）在水下地形雷達成像模型中考慮了破碎波的貢獻。傳統的二尺度模型低估了雷達後向散射信號，而引入破碎波貢獻的RIM模型結果則在模擬的幅度和相位上都表現較好，尤其是在大入射角的情況下。 （4）採用理想數值模型排除了在實際情景條件下非海底地形因素的影響，模擬和分析不同格線解析度相對於不同尺度水下沙波對海表面粗糙度的影響。結果表明，對於小尺度的水下沙波（波長小於100米），採用10米的高解析度格線模擬得到的相對雷達後向散射係數可以達到0.43 dB以上，這說明在更適宜水下地形雷達成像條件下，高解析度的SAR影像具備探測小尺度水下地形的能力。