淺海典型水下地形SAR遙感成像機理和反演研究.pdf

1、淺海水深數(shù)據(jù)是進行科學研究和海岸管理的重要基礎。近岸地形地貌及海岸帶環(huán)境演變分析大多依賴于船載測深手段，缺乏大范圍實時數(shù)據(jù)的更新，尤其在水淺坡緩的岸灘區(qū)域，仍然存在水深數(shù)據(jù)空白。合成孔徑雷達(Synthetic Aperture Radar，SAR)可以探測水下地形及岸灘變化，作為一種新興的海洋測深手段，以其獨特的優(yōu)勢在一定程度上彌補了傳統(tǒng)測深方法的不足。
　　本文主要采用數(shù)值模擬方法和SAR遙感技術研究淺海水下地形的成像機理和水

2、深反演方法。首先利用流場數(shù)值模型分析了兩種典型地形對不同方向流場的調制作用，并集成三維水動力模型和成熟的二維雷達成像模型構建了淺海典型水下地形的二維SAR遙感成像模型，分別對近岸平行流場條件下的珠江口伶仃航道地形和復雜流場條件下的蘇北淺灘輻射沙洲地形的SAR遙感成像特征和成像過程進行了分析。在此基礎上，發(fā)展了適用于蘇北淺灘沙脊和潮溝相間分布地形的二維水深反演方法，進而結合SAR遙感影像，完成了淺海水下地形反演和地形遷移變化監(jiān)測的探索性研

3、究。本文的主要研究內容和成果如下:
　　(1)在前人研究的基礎上，以沙波（正地形）和航道（負地形）兩種淺海典型水下地形為研究目標，引入三維水動力模型進行流場數(shù)值模擬。將描述水下地形和流場相互作用的流場模型由二維拓展到三維，對水下地形在平行流場、垂直流場以及一般方向流場中各流速分量、海表流速和流速梯度的三維空間分布進行了分析，對水下地形和三維流場的相互作用機制有了新的認識。
　　(2)集成三維水動力模型和二維雷達成像模型，建立

4、了珠江口航道地形SAR遙感成像模型。流場模型實時模擬了珠江河口區(qū)域復雜的水動力環(huán)境以及航道地形所引起的海表面流場變化，通過雷達成像模型得到模擬的SAR圖像，與真實SAR遙感影像和水深數(shù)據(jù)的良好對比結果證明了該模型具有對水下地形進行SAR遙感成像的能力，為后續(xù)蘇北淺灘輻射沙洲地形的成像研究奠定了基礎。
　　(3)集成三維水動力模型和二維雷達成像模型，建立了蘇北淺灘輻射沙洲地形SAR遙感成像模型，針對太平沙區(qū)域進行流場的實時動態(tài)模擬和

5、水下地形雷達成像仿真。定性分析了淺海水下地形雷達成像的影響因子，比較了水深和坡度對雷達后向散射信號的影響。結果表明，雷達后向散射強度受平均水深變化的影響較小，受水下地形坡度變化的影響較大。
　　(4)基于蘇北淺灘地形數(shù)據(jù)的先驗知識，對太平沙研究區(qū)沙脊和潮溝相間的水下地形進行了形態(tài)擬合，集成蘇北淺灘輻射沙洲地形的SAR遙感成像模型，發(fā)展了淺海二維水下地形的反演方法。利用SAR遙感影像，對太平沙研究區(qū)水下地形的反演做了探索性研究。