一种针对海岛海洋环境的SAR海表流场反演方法技术

本发明专利技术涉及一种针对海岛海洋环境的SAR海表流场反演方法，包括：对SAR遥感影像数据进行预处理；利用姿态和天线误差项进行初步校正；将SAR影像在距离向和方位向上进行校正；计算出由海表流场产生的多普勒频移并将由海流产生的多普勒频移转为径向流速。本发明专利技术的有益效果是：本发明专利技术提出一种考虑陆地像元覆盖情况，能够在陆地像元非均匀分布的海岛海洋环境多普勒频移校正方法，实现海流的大范围观测和制图，为海洋环境监测和资源开发利用提供科学依据。据。据。

【技术实现步骤摘要】
一种针对海岛海洋环境的SAR海表流场反演方法


[0001]本专利技术涉及遥感影像处理领域，更确切地说，它涉及一种针对海岛海洋环境的SAR海表流场反演方法。

技术介绍

[0002]海表流场的观测对于海洋废弃物追溯、船舶航行路径规划渔业资源管理以及潮汐能等方面的应用至关重要。目前，合成孔径雷达(SAR)是一种具有高成像分辨率、覆盖范围广以及多种观测模式的主动成像式微波遥感，已被证实具有全天时、全天候准确进行大范围的海流观测和制图的能力。
[0003]SAR数据反演海表流场主要包括两类方法：沿轨干涉合成孔径雷达(ATI)和多普勒频移方法(DCA)。由于当前正在运行的SAR卫星多以单天线为主，基于单天线SAR影像获取海流信息的多普勒频移方法，是大尺度海流观测和制图的有效方法。DCA方法基本理论在于：SAR记录海洋上相对地球运动的目标估计的多普勒频移，不同于卫星姿态或天线指向误差引起的参考多普勒频移，这种差异称为多普勒频移异常，主要包括由近地表风场、波浪和海流引起的表面运动信息。因此，多普勒频移异常的大小或正负取决于运动目标的速度和方向。目前，如何实现卫星姿态、天线电子错误指向产生的非地球物理项，与海流产生的地球物理多普勒分离，提高海流反演精度，仍是一项具有挑战性的工作。
[0004]对于非地球物理项的校正，很难通过卫星姿态和轨道参数进行精确估计，通常需要以陆地像元作为参考，对不精确校正的非地球物理项进行可靠校正。已有方法多针对陆地像元均匀分布的沿海地区而设计的，在陆地覆盖面积较小或没有陆地覆盖情况下，往往容易高估海流贡献的多普勒频移。因此，本专利技术提出一种考虑陆地像元覆盖情况，能够在陆地像元非均匀分布的海岛海洋环境多普勒频移校正方法，实现海流的大范围观测和制图，为海洋环境监测和资源开发利用提供科学依据。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是克服现有技术中的不足，提供了提供一种针对海岛海洋环境的SAR海表流场反演方法。
[0006]第一方面，提供了一种针对海岛海洋环境的SAR海表流场反演方法，包括：
[0007]步骤1、获取SAR遥感影像数据，并对所述SAR遥感影像数据进行预处理，剔除无效值；
[0008]步骤2、利用rvlDcGeo和rvlDcMiss进行初步校正，获得一个带偏差的多普勒频移其中，rvlDcGeo为根据卫星姿态参数计算获得的卫星与地球相对运动产生的多普勒频移，rvlDcMiss则为由天线模型估计的天线电子错误指向产生的多普勒频移；
[0009]步骤3、假设陆地平均多普勒频移为0Hz，推导出为0Hz，推导出其中，和分别为姿态和天线误差项，分别由
四元参数和天线模型计算获得，则为非地球物理项不准确估计和未知误差产生的残余误差；
[0010]步骤4、将SAR影像在距离向上进行校正，从方位向上对SAR影像求均值，获得距离向剖面，并通过减去距离向剖面，完成距离向上的多普勒频移校正，使得陆地部分的平均多普勒频移接近于0Hz；
[0011]步骤5、将SAR影像在方位向上进行校正，采用空间域方法，从距离向上对SAR影像求均值，获得方位向剖面，并减去新获得的剖面数值，计算出地球物理多普勒频移
[0012]步骤6、将C波段SAR数据的入射角和极化两个雷达参数，以及10米高空的风速和相对风向信息，输入到CDOP模型中，计算出由海表流场产生的多普勒频移
[0013]步骤7、将由海流产生的多普勒频移转为径向流速。
[0014]作为优选，步骤3包括：
[0015]步骤3.1、由SLC影像估计的多普勒频移表示为：
[0016][0017]式中，为地球物理多普勒频移，包括风产生的多普勒频移和海表流场产生的多普勒频移
[0018]步骤3.2、假设陆地平均多普勒频移为0Hz，推导出：
[0019][0020]步骤3.3、对于的计算，分解到距离向和方位向上求均值计算获得。
[0021]作为优选，步骤4包括：
[0022]步骤4.1、确定陆地像元的数量；
[0023]步骤4.2、对每个子带中的陆地像元数量进行分析：
[0024]如果每个子带的陆地像元在距离向上是均匀分布的，可以直接从方位向上求均值，获得距离向剖面；
[0025]如果陆地像元在距离向上属于非连续分布，则通过均值平滑的方法，利用已有陆地的数值进行拟合；
[0026]如果影像没有陆地覆盖，则需要考虑引用邻近时相的SAR影像进行距离向的校正；
[0027]步骤4.3、SAR影像通过减去获得距离向剖面，完成距离向的剩余误差校正；使得陆地部分平均多普勒频移接近于0Hz，但在方位向上剩余姿态误差的影响仍旧显著。
[0028]作为优选，步骤5包括：
[0029]步骤5.1、从距离向上求距离向校正后的多普勒频移均值，获得方位向剖面；
[0030]步骤5.2、将方位向剖面从距离向校正后的SAR影像中减去，降低SAR影像上重复周期信息的干扰，获得有效的地球物理多普勒频移
[0031]作为优选，步骤7中，径向流速的计算公式为：
[0032][0033]其中，U
osc
为径向流速，k
e
为雷达波数，θ为雷达入射角；当海水运动朝向天线运动方向时，U
osc
为负，远离天线运动方向时，U
osc
则为正。
[0034]第二方面，提供了一种针对海岛海洋环境的SAR海表流场反演装置，用于执行第一方面所述的针对海岛海洋环境的SAR海表流场反演方法，包括：
[0035]获取模块，用于获取SAR遥感影像数据，并对所述SAR遥感影像数据进行预处理，剔除无效值；
[0036]初步校正模块，用于利用rvlDcGeo和rvlDcMiss进行初步校正，获得一个带偏差的多普勒频移
[0037]推导模块，用于假设陆地平均多普勒频移为0Hz，推导出为0Hz，推导出其中，和分别为姿态和天线误差项，分别由四元参数和天线模型计算获得，则为非地球物理项不准确估计和未知误差产生的残余误差；
[0038]距离校正模块，用于将SAR影像在距离向上进行校正，从方位向上对SAR影像求均值，获得距离向剖面，并通过减去距离向剖面，完成距离向上的多普勒频移校正，使得陆地部分的平均多普勒频移接近于0Hz；
[0039]方向校正模块，用于将SAR影像在方位向上进行校正，采用空间域方法，从距离向上对SAR影像求均值，获得方位向剖面，并减去新获得的剖面数值，计算出地球物理多普勒频移
[0040]计算模块，用于将C波段SAR数据的入射角和极化两个雷达参数，以及10米高空的风速和相对风向信息，输入到CDOP模型中，计算出由海表流场产生的多普勒频移
[0041]转换模块，用于将由海流产生的多普勒频移转为径向流速。
[0042]第三方面，提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质内存储有计算机程序；所述计算机程序在计算机上运行时，使得本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种针对海岛海洋环境的SAR海表流场反演方法，其特征在于，包括：步骤1、获取SAR遥感影像数据，并对所述SAR遥感影像数据进行预处理，剔除无效值；步骤2、利用rvlDcGeo和rvlDcMiss进行初步校正，获得一个带偏差的多普勒频移其中，rvlDcGeo为根据卫星姿态参数计算获得的卫星与地球相对运动产生的多普勒频移，rvlDcMiss则为由天线模型估计的天线电子错误指向产生的多普勒频移；步骤3、假设陆地平均多普勒频移为0Hz，推导出为0Hz，推导出其中，和分别为姿态和天线误差项，即由四元参数和天线模型计算获得的rvlDcGeo和rvlDcMiss，则为非地球物理项不准确估计和未知误差产生的残余误差；步骤4、将SAR影像在距离向上进行校正，从方位向上对SAR影像求均值，获得距离向剖面，并通过减去距离向剖面，完成距离向上的多普勒频移校正，使得陆地部分的平均多普勒频移接近于0Hz；步骤5、将SAR影像在方位向上进行校正，采用空间域方法，从距离向上对SAR影像求均值，获得方位向剖面，并减去新获得的剖面数值，计算出地球物理多普勒频移步骤6、将C波段SAR数据的入射角和极化两个雷达参数，以及10米高空的风速和相对风向信息，输入到CDOP模型中，计算出由海表流场产生的多普勒频移步骤7、将由海流产生的多普勒频移转为径向流速。2.根据权利要求1所述的针对海岛海洋环境的SAR海表流场反演方法，其特征在于，步骤3包括：步骤3.1、由SLC影像估计的多普勒频移表示为：式中，为地球物理多普勒频移，包括风产生的多普勒频移和海表流场产生的多普勒频移步骤3.2、假设陆地平均多普勒频移为0Hz，推导出：步骤3.3、对于的计算，分解到距离向和方位向上求均值计算获得。3.根据权利要求2所述的针对海岛海洋环境的SAR海表流场反演方法，其特征在于，步骤4包括：步骤4.1、确定陆地像元的数量；步骤4.2、对每个子带中的陆地像元数量进行分析：如果每个子带的陆地像元在距离向上是均匀分布的，可以直接从方位向上求均值，获得距离向剖面；如果陆地像元在距离向上属于非连续分布，则通过均值平滑的方法，利用已有陆地的数值进行拟合；如果影像没有陆地覆盖，则需要考虑引用邻近时相的SAR影像进行距离向的校正；步骤4.3、SAR影像通过减去获得距离向剖面，完成距离向的剩余误差校正；使得陆地部
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【专利技术属性】
技术研发人员：王利花，谭本华，孙伟伟，冯添，葛德琛，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：