紧缩极化合成孔径雷达反演海面风矢量方法研究

High resolution ocean wind vector has wide applications in studying the wind field dynamics, improving the accuracy of the ocean, atmosphere and couple model and establishing the wind farm on the ocean. A recently proposed compact polarimetric SAR (Synthetic Aperture Radar) can be used for ocean wind vector inversion effectively, for it can keep almost all the fully polarimtric information with wide swath and overcome the disadvantages of fully polarimtric SAR, such as large data storage, high energy consumption, small covering. Based on a large number of RADARSAT-2 polarimetric SAR data, the reconstruction capability and accuracy of the pseudo fully polarimetric SAR data are analyzed on the different sea states, different imaging geometry with different compact polarimetric modes; combined with the X-Bragg scattering model, the reconstruction method and the cross-polarization reconstruction precision will be improved. The inversion ability of sea surface wind vector from pseudo fully polarimetric data is evaluated. Based on scattering theory of electromagnetic wave and double-scale scattering model, the relationship between SAR Stokes parameters and wind vector is established. A new ocean wind vector inversion method from compact polarimetric SAR is proposed. It will realize the ocean dynamic parameter inversion from the compact polarimetric SAR and provide the base for ocean wind inversion operation application with compact polarimetric SAR.

高分辨率海面风矢量场，在研究风场动力学、提高海洋、大气及其耦合模式精度、建立海上风力发电场等方面具有广泛应用。紧缩极化合成孔径雷达(SAR)是一种新近提出的SAR系统，可以克服全极化SAR数据量大、能耗高、覆盖面积小等缺点，并保留大部分极化信息，可有效用于海面高分辨率风矢量场反演。本项目拟基于大量RADARSAT-2全极化SAR数据，分析不同海况、不同成像几何下，重构伪全极化信息的最优紧缩极化模式；结合X-Bragg散射模式，改进重构算法，提高交叉极化重构精度，进行重构伪全极化资料海面风场反演研究。基于电磁波散射传输理论和双尺度模型，建立紧缩极化SAR Stokes参量与海面风场的关系，提出紧缩极化SAR海面风矢量反演新方法，实现紧缩极化SAR海洋动力参数反演，为紧缩极化SAR反演海面风场业务化应用打下基础。

紧缩极化SAR（compact polarization SAR， CP SAR）是一种新型SAR。相对全极化SAR,具有刈幅宽、重访周期短的优点。目前，印度的RISAT-1（发射于April 26, 2012）和日本的ALOS-2（发射于May 24, 2014）都载有这种新型传感器。同时加拿大的RADARSAT Constellation Mission (RCM)拟定在2018年发射，也载有这种新型传感器。 因此，开展CP SAR海面溢油检测，海冰分类和海面风场定量反演应用研究非常有必要。.本课题主要研究了两方面的内容: 1) 提高紧缩极化SAR极化重构伪全极化数据，尤其是提高交叉极化的重构精度，以满足海面风场定量反演的需求；２）针对紧缩极化数据本身所能提供的信息，进行从紧缩极化Stokes向量提取相关信息，进行海上溢油监测和海冰分类研究。.迄今为止，我们将2062景SAR图像与浮标进行了匹配。根据匹配的数据提出了适合海面Bragg散射的重构算法，相对其他算法，提高了海面风场反演的精度。同时，我们还分析了紧缩极化SAR数据本身包含的信息，采用m-χ分解RGB方法分析了溢油的极化性质，发现溢油的散射机制并不都是non-Bragg散射机制，这将为提高溢油检测率提供理论基础。采用相似的方法，我们对南极海冰进行了分类研究，发现m-χ分解RGB方法可以采用不同的颜色代表不同类型的海冰。所有以上的研究结果将为紧缩极化SAR海洋监测和海洋参数定量反演研究打下基础。