基于顺轨干涉SAR的水下地形探测及水深反演技术

Under some conditions, the sea surface current velocity canl be changed by the modulation of varied underwater topography when the tides pass through it.The change of the velocity can be reflected in the along-track interferometric SAR(ATI-SAR). So the ATI-SAR can be used for underwater topography detection. In this project, an imaging simulation model is developed based on the imaging mechanism of underwater topography by ATI-SAR. Based on this model, the features of underwater topography on ATI-SAR phase images are simulated under different sea conditions and radar parameters. Combing seawater hierarchical model, the posibility of detection of underwater topography under deep water conditions is analyzed. In adition, a water depth retrieval method is developed based on the imaging model of underwater topography by ATI-SAR. Compared with the method of water depth retrieval based on SAR magnitude images, this method can provide a higher spatial resolution and retrieval accuracy which can provide an effective method for underwater topography precision mapping.

在一定条件下，潮流经过水下地形变化的区域时，水下地形会对海水产生调制从而引起海面流场改变。这种流场速度的改变会在顺轨干涉SAR的相位图像上有所体现，所以可以利用顺轨干涉SAR对水下地形进行探测。本项目根据顺轨干涉SAR对水下地形的成像机理，建立了一个成像仿真模型。基于该模型分析了不同海况及雷达参数条件下，水下地形在顺轨干涉相位图像上的表征，并结合海洋分层模型分析了深水区域水下地形观测所需要的条件。另外，结合成像仿真模型建立了一种水深反演方法。该方法与基于SAR强度图像的水深反演方法相比具有更高的空间分辨率和反演精度，为水下地形的高精度测绘提供了一种有效手段。

水下地形测绘是顺轨干涉SAR海洋遥感方面的一个重要应用，尤其越来越多的星载SAR已具有顺轨干涉工作模式，为开展基于顺轨干涉SAR的高分辨水下地形测绘提供了有利条件。本课题将顺轨干涉SAR高精度海面流场测量技术应用到水深反演中，为大范围、高精度水深测量提供了一种新途径。通过课题研究，项目组完成了顺轨干涉SAR海洋流场监测性能分析，并提出了一种基于干涉相位高阶导数项的多普勒中心误差补偿方法，可适当降低对雷达系统设计中基线长度要求；提出一种顺轨干涉SAR海面流场迭代反演算法，并通过机载数据进行了算法验证，另外通过仿真分析了不同风场误差条件对迭代反演算法的影响；完成了顺轨干涉SAR水下地形成像机理分析，并分析了层化海水成像影响，建立了顺轨干涉SAR浅海水下地形成像仿真模型，基于该模型分析了不同雷达频率、极化、基线长度等对水下地形探测的影响，并利用水槽实验数据进行了验证；在浅海海流动力模型基础上给出了顺轨干涉SAR水深反演算法，为了防止个别参考点引起的误差传递，根据参考点到待求点的距离远近定义权重系数，通过水槽试验对反演算法进行了验证。