第12卷第5期2008年9月遥感学报JOURNALOFREMOTESENSINGVoI.12.No.5Sep.,2008文章编号:1007—4619(200805一0743一07风速风向对SAR浅海水下地形成像影响的仿真研究范开国1’2,黄韦艮2,贺明霞1,傅斌2,甘锡林2(1.中国海洋大学海洋遥感教育都重点实验室,山东青岛266003;2.国家海洋局第二海洋研究所卫星海洋环境动力学国家重点实验室,浙江杭州3lool2摘要:基于sAR浅海水下地形成像机理和M4s海面微波成像程序,建立了SAR浅海水下地形成像仿真模型,改进了传统浅海水下地形成像仿真模型的缺陷。通过仿真研究和分析浅海水下地形sAR图像特征实例,对风速风向与浅海水下地形sAR图像特征的关系提出了新的认识。低风速条件下,浅海水下地形sAR海面后向散射强度整体偏暗,高风速下整体偏亮;sAR图像条带亮暗的程度与风速有一定的关系,但不是主要的影响因素。风向对sAR浅海水下地形成像的影响明显,表现为。在逆风和顺风情况下.浅海水下地形sAR海面后向散射强度整体偏亮。SAR图像分别以亮条带和暗条带为主;侧风情况下,整体偏暗,sAR图像条带亮暗相当;最佳探测风向是逆风向。关键词:SAR;浅海水下地形;风速;风向中图分类号:TP722.6/TP79文献标识码:A1引言浅海水下地形是海洋环境的重要要素。传统的浅海水下地形测量技术不仅周期长、耗资大,而且对船只无法进入或有争议的海区无法测量。合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar,SAR是一种主动式的微波传感器,可全天时、全天候、高分辨率获取浅海水下地形信息,为浅海水下地形的测量提供了新的技术手段¨’21。对sAR图像进行浅海水下地形的分析和信息提取,首先必须要充分理解浅海水下地形sAR图像特征,即综合考虑水文、气象等信息对sAR浅海水下地形成像的影响。微波无法直接探测数米甚至数十米的水深。国内外研究结果表明,sAR是通过受水下地形影响的海表层流场对海表面风致微尺度波的水动力调制而获取浅海水下地形信息旧1,因此浅海水下地形sAR图像特征不仅与流速流向有关,而且与风速风向密切相关。DaSilva等【41和Brandt”等1通过SAR图像分析和仿真研究表明,虽然流速流向和风速风向等因素对由海表层流场变化引起的水动力调制信号强度,即SAR海面相对后向散射强度处于相同的量级,但sAR图像条带的特征受流速流向的影响甚弱。本文基于综合考虑风速风向信息的SAR浅海水下地形成像仿真模型,改进了传统浅海水下地形成像仿真模型只能仿真亮暗条带相当的SAR图像,无法仿真以亮条带或暗条带为主图像特征的缺陷。通过仿真研究和浅海水下地形SAR图实例分析,系统地分析风速风向与浅海水下地形SAR图像特征之间的关系。纠正了浅海水下地形sAR图像仅以亮暗条带相当特征出现的传统认识¨J冉o。2SAR浅海水下地形成像机理微波穿透海水的深度仅为厘米量级,SAR不能宜接观测到浅海水下地形,SAR测量的是海面后向散射强度。浅海水下地形之所以被SAR观测到是由于水下地形间接改变了海面后向散射强度。sAR浅海水下地形的成像机理¨J一划由3个物理过程组成:(1潮流与浅海水下地形的相互作用改变海表层流场;(2变化的海表层流场与风致海表面微尺度波相互作用,改变海表面微尺度波的空间分布;(3雷达波与海表面微尺度波的相互作用,该过程决定海面后向散射强度。收稿日期:2007.08-24;修订日期:2007.11.13基金项目:国家海洋局第二海洋研究所基金科研业务费专项资助。作者简介:范开国(198l一,男。中国海洋大学博士研究生.研究方向为卫星海洋遥感。E-mail:fankg@o—i.0uc.edu.cn744遥感学报第12卷3成像仿真模型本研究的成像仿真模型由连续性方程,作用量谱平衡方程和雷达后向散射模式组成,分别描述上述SAR浅海水下地形成像机理的3个物理过程。3.1连续性方程该方程描述潮流与浅海水下地形之间的相互作用。设茗轴沿地形走向,,轴垂直于地形走向,流速与水深之间的关系可以用下式表示:u(xd=UoDocosat,(,,=Uosina(1式中,Ⅱ和t,分别为算和,,方向的流速,d为海底与海面之间的距离即水深,‰和巩分别为初始流速和初始水深,a为流向与菇方向的夹角。SAR浅海水下地形成像机理中使用的是海表层流速而不是平均流速,通常海表层流速大于平均流速。但考虑到浅海水域(水深<30m,可以采用平均流速代替海表层流速"1。3.2作用量谱平衡方...