随机粗糙海面的溢油极化SAR特征谱构建及精细提取研究

Pollution caused by oil spills in open sea and coastal waters, whether accidental or deliberate, has posed more and more serious threat to the marine environment. The monitoring of oil spills by means of SAR images, which has been used widely to minimize the ecosystem impact of oil spill incidents can not distinguish oil spills from look-alikes. Therefore, use of polarization SAR data to detect oil spill has become the trend. The analysis of the polarization scattering properties of oil spills, which is based on the polarization SAR electromagnetic scattering theory is made to establish oil spill polarization characteristic spectrum and thereby reveal oil spill polarization scattering mechanism. The study of the polarization SAR decomposition of oil spills which begins with the small scattering surface of sea and the scattering matrix of oil spill polarization aims to obtain oil spill polarization decomposition parameters. And thereafter, based on the entropy of polarization decomposition and standard deviation of the phase difference, characteristic space is constructed and then it is divided by means of threshold value to make fine classification of weak scattering. To achieve the goal, experiment will be conducted on the oil spill scattering characteristics by means of 4- band and all- polarization pattern varying at different wind speed and comparison will be made between the parameters deriving from the experiment and those from SAR images.

海上溢油给海洋环境带来巨大危害。应用SAR数据对溢油进行遥感监测是常用的手段，但效果不理想。近年来运用极化SAR数据开展溢油遥感监测能较好的区分类溢油与溢油。为建立溢油精细提取模型，提高溢油的遥感检测率。本研究拟开展三方面研究。（1）从海面的小散射面与溢油的散射矩阵入手，研究极化SAR电磁散射特征，分析溢油的极化散射特性，创新建立针对溢油的极化SAR特征谱，揭示溢油的极化散射机制。（2）开展溢油极化SAR分解研究，根据极化分解的熵值与同极化通道相位差的标准差构建特征空间，利用阈值法进行特征空间分割，探索溢油监测识别新的极化特征，建立溢油遥感检测模型，提出基于预分类的弱散射强度溢油精细提取方法。（3）开展调频连续波雷达溢油遥感试验，进行不同风速条件下，四波段全极化的溢油散射参数值测量，分析对比遥感图像提取与试验获取的溢油极化SAR参数，探索溢油散射机理，为溢油的遥感检测提供科学依据。

针对海上溢油遥感监测，开展溢油极化SAR特征谱与极化参数研究，研究风浪场条件下海上溢油的试验遥感散射特性，进行试验与溢油极化遥感参数的对比研究，获取油膜检测的电磁散射参数，为从雷达图像上提取溢油覆盖信息提供理论和试验基础数据，为溢油探测方法提供依据，最终建立海上溢油极化SAR精细提取模型，服务于海洋石油污染应急反应，为污染防治、事故处理和海事执法提供快速准确的反应系统服务。.溢油散射矩阵不是唯一的溢油散射，具有油水等散射，为一随机噪声过程，因而在熵、散射角的表现上为非均一值。ɑ表示表面散射到二面散射的平均机制，海水表现为Bragg散射，因而在图像为暗色，而溢油与水为混合物，表现出二面散射的特征，在图像为亮色。反熵参数为熵参数的补充。.基于极化分解技术的溢油检测方法，采用复合检测的方式，计算出了极化参数组合值，其中，极化参数组合值是由散射熵和极化反熵所组成的，在利用该极化参数组合值进行溢油检测，其中，H（1-A）、（1-A）（1-m）参数提高了检测结果的准确程度。.溢油的散射表现为平面散射，极化参数熵（H）、散射角（ɑ）以及建立的特征谱能对溢油有较好的反应，而反熵（A）等参数谱对于溢油的表现并不明显，计算的相位差（CPD）能从海水中提取出溢油信息，极化参数研究为溢油的遥感检测提供科学依据。在海上测量了S/C/X波段VV/HH/VH极化在不同入射角下，不同风速的海面的微波散射系数。在海上测量了S/C/X波段VV/HH/VH极化在35°入射角下，溢油海面的微波散射系数。.应用极化SAR开展海上溢油的研究，比利用单极化SAR要有更多的信息，揭示了溢油的极化SAR散射特性，本研究建立的溢油极化SAR特征谱，结合海面溢油自身的电磁学特性，对于溢油的遥感探测具有应用价值，开展溢油精细化提取技术研究可服务于海洋环境保护。