基于x波段雷达图像反演近岸水深技术研究

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1、基于X波段雷达图像反演近岸水深技术研究摘要：在浅水区域，局部的海底地形影响着表面波的传播，基于这种传播变化可反演出局部的水深。首先通过输入非等值水深模拟出浅水区域的非均匀波浪场时间序列图像，继而根据x波段雷达的成像机理，模拟出了时间序列的雷达图像。利用局部反演算法对模拟数据进行处理反演出局部的水深值，并与输入的水深值进行对比，结果吻合较好，对进一步利用实际的雷达图像反演非均匀场的水深具有重要的指导意义。关键词：x波段雷达；浅水；数值模拟；水深测量中图分类号：TN911.73234文献标识码：A文

2、章编号:10047373X(2014)13?0068?04Bathymetryinversionmethodforoff?shorewaterdepthbasedonX?bandradarimagesTIANYue?ming,CHUXiao?liang,WANGJian(CollegeofInformationScienceandEngineering,OceanUniversityofChina,Qingdao266100,China)Abstract:Thelocalvariationofs

3、ubmarinetopographyintheshallowwaterareainfluencesthepropagationofthesurfacewaves・Thelocalbathymetrycanbeinferredaccordingtothechangesofthepropagation.Thetime?seriesimagesofinhomogeneouswavefieldsinshallowwatersareSimulatedbysettingthenon?equivalentwa

4、terdepth・Theradarimagesintime?seriesareSimulatedaccordingtotheX?bandradarimagingmechanism.ThelocalinversionalgorithmisusedtoobtainthelocalwaterdepthbyanalyzingtheSimulatedimages.Theinferredwaterdepthvalueandtheinputvaluearecompared,andtheyareingoodag

5、reement・Thisresulthasaguidingsignificancefortheinversionofactualnon?equivalentwaterdepth.Keywords：X?bandradar；shallowwater；numericalSimulation；bathymetry0引言对近岸浅水区域的海底地形的掌握对于近岸活动比如捕鱼，码头建设，铺设石油管道以及形态动力学的研究等都有着至关重要的作用。传统获取水深的方法包括船载声呐探测、机载激光测探、潜水器测量、超光谱图

6、像测量等。但是它们普遍具有成本高、效率低的缺点，并且测量精度会受海水清澈度的影响。为了克服传统测量方法所存在的不足，基于X波段雷达图像序列反演水深的方法得到发展。在浅水区域，局部的海底地形对表面波的传播有着重要的影响。当波移动至浅水区域，波的周期不发生变化，但是波的传播速度会发生变化，继而波长减小，波数增加。表面流的存在也影响表面波的传播，因此水深场以及表面流速场的反演方法都是基于这种传播变化一一在物理学中被描述为表面波的色散关系。1998年PaulBell运用连续的雷达图像序列之间的互相关性推

7、导出了空间变化的表面波速[1],同时利用从浮标中获取的频率信息，通过运用线性重力波的色散关系计算出了空间变化的水深，但是没有考虑海流的存在。Hessner等人运用一维FFT变换实现了对图像序列的频率分解[2],某一固定频率的波所对应的波长通过确定局部空间的相位梯度计算得到。但是此方法的局限性在于它不能运用到包含同一频率但不同传播方向的波的波场，同时也没有考虑到海流的存在。对时间序列的雷达图像进行3?DFFT变化，并取模的平方得到三维图像谱，由于波数和频率被色散关系联系在一起，因此线性表面波的信号

8、应该很好地分布于其确定的三维形状上。色散关系的形状取决于水深和表面流速，因此通过拟合理论的色散关系和三维图像谱的坐标分布便可反演出大的空间范围内的平均水深以及流速[3?4]o但是此方法中的3?DFFT是针对全局范围的算子，因此假定了波场的均匀性以及稳定性。如果在深水区存在变化的流速或者浅水区存在变化的水深，波的折射将会产生，波场变成了非均匀场,以上方法不再适用，因此需要在局部空间范围内对波参数进行分析。自1999年以来，Seemann等人针对非均匀波场做了一系列研究［5?10］,推导出了局部三维