海面风场微波遥感仿真与GPS海面风场反演方法试验

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1、国家海洋局第一海洋研究所硕士学位论文海面风场微波遥感仿真与GPS海面风场反演方法试验姓名：叶小敏申请学位级别：硕士专业：物理海洋学指导教师：郑全安;纪育强20090601摘要微波遥感是获取全球海面风场的重要手段，其数据产品已经广泛应用于业务与科研领域。该技术正在向高分辨力和高精度方向发展。其中合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar,SAR)高分辨力海面风场遥感技术已渐趋成熟，其风速和风向的反演精度可达+2m／s和±20。。全球导航卫星系统一反射(GlobalNavigationSatelliteSystem．Reflection，GNSS．R)海面风

2、场遥感是一种从全球导航卫星前向散射微波信号中提取海面风场的新技术，尚处于起步阶段，具有广阔的应用前景。首先，本文介绍了海浪谱、散射模型和SAR工作原理及其海面风场遥感方法；以经验模型CMOD4为例，对SAR海面风场反演方法和流程进行了总结，并对SAR散射截面与风速的关系进行了仿真。其次，本文系统阐述了GNSS．R海面风场遥感原理和方法；对GPS海面散射信号相关功率模型及其决定的散射区进行了分析；设定不同的海况条件对相关功率曲面和曲线进行了仿真。仿真分析的结果表明：海面风速对相关功率曲线的影响明显，而风向影响比风速影响程度约低一个数量级。在仿真分析的基础上，总结了已有海面

3、风速风向反演方法，并对这些方法的共性作了概括。之后，本文介绍了GPS海面散射回波数据的降噪和归一化等处理方法和流程。分析了实测数据的特点，提出了一种GPS海面散射信号海面风场反演的新设想，并使用实测数据进行了反演试验。结果表明：该试验的海面风速风向反演绝对误差分别为0．7m／s和14。。最后，对GPS海面散射信号海面风场反演存在的问题进行了讨论，并对SAR和GNSS．R技术海面风场遥感的发展前景进行了展望。关键词：合成孔径雷达：全球卫星导航系统一反射；海面风场；遥感SimulationforSeaSurfaceWind·fieldMicowaveRemoteSensin

4、gandExperimentsofSeaSurfaceWindRetrievalfromGPSAbstractMicrowaveremotesensingiSanimportantmeanfortheglobaloceansurfacewindfieldsretrieval．Itsdataproductshavebeenhadwideapplicationinbusinessandscientificfields．andthistechniqueiSdevelopingtowardshighresolutionandhighprecision。amongwhich，Sy

5、ntheticApertureRadar(SAR)ofseasurfacewindfieldretrievalinhighresolutionbecomesmaturegradually．Theprecisionofwindspeedanddirectionretrievalreaches±2m／sand±20o，respectively．Besides。GlobalNavigationSatelliteSystem．Reflection(GNSS—R、ofseasurfacewindretrievaliSanewtechniqueinthisfield．whichex

6、tractsseasurfacewindfieldfromforwardscatteringmicrowavesignalofGlobalNavigationSatellite．AlthoughitiSstillinthestartingstage，thistechniquehasawideapplicationprospect．Firstly,somerelatedtheoryofmarineremotesensingwasintroducedinthisthesis，suchaswavespectrum，scatteringmodel，theprinciplesan

7、dmethodsofSARmarineremotesensinginseawindfieldretrieval．TakingtheempiricalmodelofCMOD4forexample．theauthorsummarizedthemethodsandprocessesofseawindretrievalbasedonSARdata．ThesimulationanalysiswasalsotakentoanalyzetherelationshipbetweenSARscatteringcrosssectionandwindspeed