[发明专利]一种用于顺轨干涉SAR海流反演的方位模糊抑制方法

说明书

本发明涉及一种用于顺轨干涉SAR海流反演的方位模糊抑制方法，属于海洋遥感技术领域，该方法将待测量海流的海面某区域对应的顺轨InSAR两通道SAR复图像进行配准后变换到距离频率‑多普勒频率域；然后利用距离频率维的独立同分布样本计算顺轨InSAR的协方差矩阵；再根据计算得到的协方差矩阵计算顺轨干涉特征谱熵随多普勒频率变化的曲线；根据上述曲线，分别找到曲线的左半部分和右半部分的极大值点；然后去除曲线左边极大值点以左的所有多普勒单元以及曲线右边极大值点以右的所有多普勒单元；再利用自适应迭代法确定特征谱熵的阈值；去除特征谱熵大于阈值的多普勒单元；最后基于得到的InSAR数据利用干涉法计算海流的距离向速度。

技术领域

本发明属于海洋遥感技术领域，涉及一种针对近岸海域海流反演、适用于顺轨干涉SAR的方位模糊抑制方法。

背景技术

海流是海洋和气象领域中诸多过程中最基本、最重要的要素之一，对海洋中多种生物过程、化学过程和物理过程都有制约作用。海流支配着海水在全球范围内的运动，在整个海洋中输送和混合营养物质、盐、气体、生物和热量。这就意味着了解海流的存在、海流方向和海流速度对商业、社会服务和科学研究均具有重要的意义。例如，石油和天然气勘探等行业需要可靠的海流数据，以确保安全的工作条件；船舶需要依靠海流信息进行航线规划，以尽量减少所使用的燃料或在比赛中获得相对于竞争对手的战术优势。其他应用包括海上搜索和救援、水污染地图绘制和封堵、和全球热量输运。此外，海流信息对于沿海地区的生态环境具有深远的影响，获取高精度、时间连续、高分辨率的海流观测数据可以很好地服务于沿海地区的生态保护和经济发展。比如，近岸水深测量、潮汐图绘制、潮汐发电、近岸平台设施风险评估等。

观测海流比较直接的一种方法是“现场观测”。这种流场测量方法的优点是其测量精度较高；然而，这种方法的缺点是空间覆盖范围有限，且观测成本较高，使得“现场观测”难以满足实际应用的需求。高频地波雷达是一种专门用来观测沿岸海流的雷达设备，可以观测近岸200公里以内的海域。然而高频地波雷达测量的空间范围有限，难以进行全球观测，并且其站点建设和维护在环境较为恶劣的偏远地区非常困难。卫星高度计是另外一种观测海流的手段，利用高度计测量海面的高度以及高度变化可以获得海流的相关信息。然而，利用高度计测流也存在某些缺点。比如，高度计通常仅适用于测量大范围的地转流；存在重复观测周期较长的问题；并且，高度计接收到的雷达回波信号容易受到来自陆地回波信号的“污染”以及大气误差的影响。星载顺轨干涉合成孔径雷达(InSAR)，作为一种先进的主动式微波遥感系统已经广泛应用于海洋环境探测，尤其是海表面流场的测量。InSAR这种方法利用两个沿着轨道放置的天线，通过计算两天线的干涉相位即可获取径向海流信息。相比较而言，InSAR方法具有高分辨、宽覆盖(可以观测全球范围的海流信息)、不受气象条件限制等优势，弥补了传统海流测量方法的不足。

利用星载InSAR观测海流在带来优势的同时也产生了新的问题。其中一个问题就是“方位模糊”问题。该问题产生的原因是雷达的脉冲重复频率(PRF)有限所导致的SAR信号方位向“欠采样”。方位模糊问题在SAR图像域的表现形式为“重影”(Ghost Image)现象，即：某个位置的场景特征会在方位向上移动并“叠加”到另外的场景特征上。通常情况下，方位模糊问题对于“机载”InSAR系统并不构成太大的影响。这是因为对于机载SAR，PRF很容易超过6dB多普勒带宽，从而使得多普勒模糊分量几乎可以忽略。与机载SAR不同的是，星载SAR系统的PRF较难设计得超过6dB多普勒带宽。这是因为：卫星的速度远远大于飞机的速度，使得星载SAR的多普勒带宽较大；雷达脉冲的“占空比”也限制了使用较高的PRF；此外，为了获得较大的距离向刈幅宽度，PRF也不宜取得过大。上述原因造成了星载InSAR系统的方位模糊度较高。