基于三维成像雷达高度计的海冰厚度探测机理与方法

The imaging radar altimeter is an advanced sensor with some new techniques, which can solve the problems in detecting the sea ice using the traditional radar altimeter, such as the narrow swath, the low spatial resolution, the poor real-time, and the limited precision. But now, there is lack of the relevant theories and methods of detecting the sea ice thickness using imaging radar altimeter.. The study on the detecting mechanisms and extracting method for the sea ice thickness is carried out using the China imaging radar altimeter equipped with the forthcoming new generation of Marine Environmental Dynamic Satellite. Through the studying, the models between the backscattering coefficient with Ku-band and the surface rough degree, the sea ice thickness with the quasi-specular reflection are established. And the model between the interferometric phase under small incidence angle and the sea ice thickness is further established. The technical procedure for measuring the sea ice thickness based on the dual antenna interferometric technique with small incidence angle is built. Then the coressponding data processing methods for measuring sea ice thickness using IALT data under complex marine environment are given.. A set of techniques and methods for detecting the sea ice thickness based on the spaceborne interferometric radar altimeter with small incidence angle will be established. It will rapidly and accurately measure the ice thickness with wide coverage. It will expand and promote the application of homemade new generation of Marine environmental dynamic satellite equipped with IALT in the sea ice monitoring and the disaster assessment.

三维成像雷达高度计（IALT）是一种新体制的高度计，可以解决传统雷达高度计在海冰探测中存在的观测带狭窄、空间分辨率低、实时性差以及SAR冰厚反演精度不高等问题，但目前缺少三维成像雷达高度计海冰厚度探测的相关理论与技术方法。. 利用我国即将发射的新一代海洋环境动力卫星搭载的三维成像雷达高度计开展海冰厚度探测机理及冰厚提取方法的研究。通过研究，建立Ku波段、小入射角下的准镜面散射的后向散射信息与与海冰表面粗糙度、海冰厚度的关系模型，发展小入射角下的干涉相位与冰厚的关系模型，构建一种基于小入射角的双天线干涉测量技术的海冰厚度反演的技术方法，发展复杂海洋环境下的IALT海冰厚度反演的干涉数据处理方法。. 可建立一套基于星载干涉式雷达高度计的海冰厚度探测的理论与方法，实现海冰厚度的大范围、快速、准确的反演，拓展并推进国产新一代海洋环境动力卫星在海冰监测、灾害评估中的应用。

三维成像雷达高度计（CIALT）是一种新体制的高度计，可以解决传统雷达高度计在海冰探测中存在的观测带狭窄、空间分辨率低、实时性差以及SAR冰厚反演精度不高等问题。.针对CIALT海冰厚度探测，分析了CIALT的成像机理，建立了基于CIALT干涉技术的海冰厚度反演理论与方法，对CIALT海冰厚度探测的测高误差进行了模拟与分析。结果表明：在0-40km刈幅范围内，测高总误差在0-10cm范围内，但是在40-60km刈幅范围内测高总误差急剧增加，在远距端误差可达25cm。.通过模拟数据，验证了CIALT干涉技术在海冰探测、形变反演中的潜力；构建了一种基于相干图获取固定冰边缘线的标准化流程，基于多尺度分割和形态学腐蚀相结合的算法自动获取固定冰边缘线；构建了一种固定冰形变转换模型，联合升降轨道数据，建立了解算和分析沿岸固定冰形变的方法。.针对于CIALT海冰厚度反演的关键技术，构建了一种改进SAR-SIFT的三维成像雷达高度计配准算法和一种改进的小波域uHMT模型滤波算法，能够实现干涉相位的准确提取；构建了一种基于PUNet的相位解缠方法和模拟数据集生成策略，可实现复杂海冰区域干涉数据相位解缠。.构建了基于CIALT垂直入射波束的海冰厚度校正方法，利用回波拟合的多子波阈值重跟踪方法，可为海冰厚度反演提供相对高度基准；改进了一种Ku波段的积雪校正模型，并通过长时序Cryosat-2高度计数据对北极海冰的厚度进行了监测，分析了北极海冰近年来的时空演化情况。研究发现：改进的积雪校正模型的均方根误差由0.145cm降至0.096cm。北极海冰厚度在2014~2020年呈波动减小的趋势，一年冰的下降趋势较为明显，10月份的减少趋势最为显著，海冰厚度减小率达10.57%。.依托本项目已发表学术论文14篇，其中SCI检索5篇，中文核心期刊9篇。此外，培养硕士研究生9名。项目研究成果可以应用于全球气候变化、灾害预测、北极航道的通航监测以及我国的渤海海冰冰情监测及灾害调查中，拓展了国产卫星在全球气候、灾害评估中的应用。