搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于小波的多极化机载合成孔径雷达海面风向反演

艾未华 孔毅 赵现斌

引用本文:
Citation:

基于小波的多极化机载合成孔径雷达海面风向反演

艾未华, 孔毅, 赵现斌

Ocean surface wind direction retrieval from multi-polarization airborne SAR based on wavelet

Ai Wei-Hua, Kong Yi, Zhao Xian-Bin
PDF
导出引用
  • 为了实现从合成孔径雷达(SAR)图像本身提取高精度的海面风向信息, 提高SAR海面风场反演精度,研究了多极化机载SAR海面风向反演技术, 借助小波分析相对傅里叶分析和局部梯度更精细的时-频分析能力, 将二维连续小波变换与快速傅里叶变换(FFT)相结合,提出一种新的机载SAR海面风向反演方法. 为验证反演方法的有效性,通过海上同步飞行试验获取多极化机载SAR数据及同步调查船实测风向数据,用于反演试验的数据比对.采用本文提出的方法, 利用多种小波基对机载C波段SAR的同极化和交叉极化数据进行风向反演, 将反演结果与美国国家环境预报中心再分析资料以及调查船实测风向进行比对. 结果表明,本文提出的基于小波分析的海面风向反演方法适用于机载SAR探测数据, 反演精度优于二维FFT法和局部梯度方法;小波基的选择对反演结果影响较大, Mexican-Hat小波基是机载SAR海面风向反演的最优小波基, 且同极化与交叉极化机载SAR数据均可用于海面风向的反演.
    An ocean surface wind direction retrieval method from multi-polarization airborne synthetic aperture radar images is presented in order to retrieve high precision wind direction SAR image and improve the accuracy of ocean surface wind. The method relies on the ability of two-dimensional (2D) continuous wavelet technique with better time-frequency than Fourier transform and local gradient, which combines 2D continuous wavelet and FFT to exact the ocean surface wind direction from airborne SAR images. The proposed method is executed by using several kinds of mother wavelet functions for the C-band co-polarization and cross-polarization airborne sounding images, and the retrieved ocean surface wind direction is compared with NCEP data and buoy data. The verification results show that the wavelet based ocean surface wind direction retrieval algorithm is suited to retrieve wind direction from airborne SAR sounding data. The choice of mother wavelet function has a certain influence on the results, and 2D Mexican-Hat is the best mother wavelet for wind retrieval. Both co-polarization and cross-polarization airborne sounding images are suited to retrieve ocean wind direction.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 41005018)、解放军理工大学气象学院基础理论基金(批准号: 201001) 和中国气象局大气物理与大气环境重点开放实验室基金(批准号: KDW1105)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 41005018), the Institute of Meteorology of PLA University of Science and Technology Foundation of China (Grant No. 201001), and the Foundation of CMA Key Laboratory for Atmospheric Physics and Environment, China (Grant No. KDW1105).
    [1]

    Lin H, Xu Q, Zheng Q 2008 Prog. Nat. Sci. 18 913

    [2]

    Zecchetto S, Biasio D 2008 IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. 46 2983

    [3]

    Horstmann J, Koch W, Lehner S, Tonboe R 2000 IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. 38 2122

    [4]

    Thompson D R, Beal R C 2000 Johns Hopkins APL Tech. Dig. 21 58

    [5]

    Monaldo F 2000 Johns Hopkins APL Tech. Dig. 21 75

    [6]

    Cameron I, Lumsdon P, Walker N, Woodhouse I 2006 In Proceedings of SEASAR: Advances in SAR Oceanography from ENVISAT and ERS Missions Frascati, Italy, January 23-26, 2006 p1

    [7]

    Yang J S 2005 SAR Remote Sensing Techniques of Sea Surface Wind, Surface Wave and Internal Wave (Beijing: Ocean Press) pp31-32(in Chinese) [杨劲松 2005 合成孔径雷达海面风场、海浪和海洋内波遥感技术(北京:海洋出版社) 第31—32页]

    [8]

    Apel J R 1994 J. Geophys. Res. 99 16269

    [9]

    Levy G 1998 Proc. Int. Geosci. Remote Sens. Symp. 1437

    [10]

    Vachon P W, Dobson F W 1996 The Global Atmosphere and Ocean System 5 177

    [11]

    Ynag J S, Huang W G, Zhou C B 2001 J. Remote Sens. 5 13 (in Chinese) [杨劲松, 黄韦艮, 周长宝 2001 遥感学报 5 13]

    [12]

    Wolfgang K 2004 IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. 42 702

    [13]

    Jiang Z H, Huang S X, Shi H Q, Zhang W, Wang B 2011 Acta Phys. Sin. 60 108402 (in Chinese) [姜祝辉, 黄思训, 石汉青, 张伟, 王彪 2011 物理学报 60 108402]

    [14]

    Jiang Z H, Huang S X, He R, Zhou C T 2011 Acta Phys. Sin. 60 068401 (in Chinese) [姜祝辉, 黄思训, 何然, 周晨腾 2011 物理学报 60 068401]

    [15]

    Zhang R W, Yan W, Ai W H, Ma S 2011 J. Mircowaves 27 79 (in Chinese) [张日伟, 严卫, 艾未华, 马烁 2011 微波学报 27 79]

    [16]

    Kong Y, Zhao X B, Ai W H, Han D, Xue J 2011 J. PLA Univ. Sci. Tech. 12 301 (in Chinese) [孔毅, 赵现斌, 艾未华, 韩丁, 薛剑 2011 解放军理工大学学报 12 301]

    [17]

    Gladeston C L, Daniela M U, Fátima N S 2010 Sensors 10 5994

    [18]

    Zhu H B, Wen B Y, Huang J 2005 J. Wuhan Univ. 51 375 (in Chinese) [朱华波, 文必洋, 黄坚 2005 武汉大学学报 51 375]

    [19]

    Almeida L B 1994 IEEE Trans. Signal Proc. 42 3084

    [20]

    Kutter M, Bhattacharjee S K, Ebrahimi T 1999 Proceedings of IEEE International Conference Image Processing Japan, Kobe, October 25-28, 1999 p320

    [21]

    Merete B C, Wolfgang K, Horstmann J 2006 Remote Sens. Environ. 105 68

  • [1]

    Lin H, Xu Q, Zheng Q 2008 Prog. Nat. Sci. 18 913

    [2]

    Zecchetto S, Biasio D 2008 IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. 46 2983

    [3]

    Horstmann J, Koch W, Lehner S, Tonboe R 2000 IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. 38 2122

    [4]

    Thompson D R, Beal R C 2000 Johns Hopkins APL Tech. Dig. 21 58

    [5]

    Monaldo F 2000 Johns Hopkins APL Tech. Dig. 21 75

    [6]

    Cameron I, Lumsdon P, Walker N, Woodhouse I 2006 In Proceedings of SEASAR: Advances in SAR Oceanography from ENVISAT and ERS Missions Frascati, Italy, January 23-26, 2006 p1

    [7]

    Yang J S 2005 SAR Remote Sensing Techniques of Sea Surface Wind, Surface Wave and Internal Wave (Beijing: Ocean Press) pp31-32(in Chinese) [杨劲松 2005 合成孔径雷达海面风场、海浪和海洋内波遥感技术(北京:海洋出版社) 第31—32页]

    [8]

    Apel J R 1994 J. Geophys. Res. 99 16269

    [9]

    Levy G 1998 Proc. Int. Geosci. Remote Sens. Symp. 1437

    [10]

    Vachon P W, Dobson F W 1996 The Global Atmosphere and Ocean System 5 177

    [11]

    Ynag J S, Huang W G, Zhou C B 2001 J. Remote Sens. 5 13 (in Chinese) [杨劲松, 黄韦艮, 周长宝 2001 遥感学报 5 13]

    [12]

    Wolfgang K 2004 IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. 42 702

    [13]

    Jiang Z H, Huang S X, Shi H Q, Zhang W, Wang B 2011 Acta Phys. Sin. 60 108402 (in Chinese) [姜祝辉, 黄思训, 石汉青, 张伟, 王彪 2011 物理学报 60 108402]

    [14]

    Jiang Z H, Huang S X, He R, Zhou C T 2011 Acta Phys. Sin. 60 068401 (in Chinese) [姜祝辉, 黄思训, 何然, 周晨腾 2011 物理学报 60 068401]

    [15]

    Zhang R W, Yan W, Ai W H, Ma S 2011 J. Mircowaves 27 79 (in Chinese) [张日伟, 严卫, 艾未华, 马烁 2011 微波学报 27 79]

    [16]

    Kong Y, Zhao X B, Ai W H, Han D, Xue J 2011 J. PLA Univ. Sci. Tech. 12 301 (in Chinese) [孔毅, 赵现斌, 艾未华, 韩丁, 薛剑 2011 解放军理工大学学报 12 301]

    [17]

    Gladeston C L, Daniela M U, Fátima N S 2010 Sensors 10 5994

    [18]

    Zhu H B, Wen B Y, Huang J 2005 J. Wuhan Univ. 51 375 (in Chinese) [朱华波, 文必洋, 黄坚 2005 武汉大学学报 51 375]

    [19]

    Almeida L B 1994 IEEE Trans. Signal Proc. 42 3084

    [20]

    Kutter M, Bhattacharjee S K, Ebrahimi T 1999 Proceedings of IEEE International Conference Image Processing Japan, Kobe, October 25-28, 1999 p320

    [21]

    Merete B C, Wolfgang K, Horstmann J 2006 Remote Sens. Environ. 105 68

  • [1] 王珽, 赵拥军, 赖涛, 王建涛. 机载极化阵列多输入多输出雷达极化空时自适应处理性能分析. 物理学报, 2017, 66(4): 048401. doi: 10.7498/aps.66.048401
    [2] 孙东永, 张洪波, 王义民. 滑动移除小波分析法在动力学结构突变检验中的应用. 物理学报, 2017, 66(7): 079201. doi: 10.7498/aps.66.079201
    [3] 艾未华, 严卫, 赵现斌, 刘文俊, 马烁. C波段机载合成孔径雷达海面风场反演新方法. 物理学报, 2013, 62(6): 068401. doi: 10.7498/aps.62.068401
    [4] 刘晓云, 王劲松, 李栋梁, 岳平, 李耀辉, 姚玉璧. 黄土高原中部秋季干湿的年际和年代际环流异常特征及与海温的多尺度相关性研究. 物理学报, 2013, 62(21): 219202. doi: 10.7498/aps.62.219202
    [5] 赵现斌, 严卫, 孔毅, 韩丁, 刘文俊. 机载C波段全极化SAR海面风矢量反演理论研究及实验验证. 物理学报, 2013, 62(13): 138402. doi: 10.7498/aps.62.138402
    [6] 戈阳祯, 徐敏义, 米建春. 圆柱尾流温度标量场的小波分析(已撤稿). 物理学报, 2013, 62(10): 104701. doi: 10.7498/aps.62.104701
    [7] 赵现斌, 孔毅, 严卫, 艾未华, 刘文俊. 机载合成孔径雷达海面风场探测辐射定标精度要求研究. 物理学报, 2012, 61(14): 148404. doi: 10.7498/aps.61.148404
    [8] 马金玉, 梁宏, 罗勇, 李世奎. 中国近50年太阳直接辐射和散射辐射变化趋势特征. 物理学报, 2011, 60(6): 069601. doi: 10.7498/aps.60.069601
    [9] 姜祝辉, 黄思训, 石汉青, 张伟, 王彪. 合成孔径雷达图像反演海面风向新方法的研究. 物理学报, 2011, 60(10): 108402. doi: 10.7498/aps.60.108402
    [10] 张振国, 郜峰利, 郭树旭, 李雪妍, 于思瑶. 一种估计半导体激光器1/f噪声参数的新方法. 物理学报, 2009, 58(4): 2772-2775. doi: 10.7498/aps.58.2772
    [11] 陈世国, 吉世印, 刘万松, 宋泽运, 庞礼军. 基于小波分析的高斯脉冲成形的递归实现. 物理学报, 2009, 58(5): 3041-3046. doi: 10.7498/aps.58.3041
    [12] 陈世国, 吉世印, 刘万松. 基于小波分析的指数衰减信号高斯脉冲成形. 物理学报, 2008, 57(5): 2882-2887. doi: 10.7498/aps.57.2882
    [13] 王 凯, 张 会, 常胜江, 申金媛. 用于复杂光谱数据压缩的自适应小波算法. 物理学报, 2007, 56(6): 3613-3618. doi: 10.7498/aps.56.3613
    [14] 仲崇霞, 杨廷高. 小波域中的维纳滤波在综合脉冲星时算法中的应用. 物理学报, 2007, 56(10): 6157-6163. doi: 10.7498/aps.56.6157
    [15] 龚志强, 邹明玮, 高新全, 董文杰. 基于非线性时间序列分析经验模态分解和小波分解异同性的研究. 物理学报, 2005, 54(8): 3947-3957. doi: 10.7498/aps.54.3947
    [16] 郭冠军, 苏 林, 毕思文. 风成海面的极化辐射. 物理学报, 2005, 54(5): 2448-2452. doi: 10.7498/aps.54.2448
    [17] 乐贵明, 韩延本. 用银河宇宙线数据分析1991年3月24日CME的结构. 物理学报, 2005, 54(1): 467-470. doi: 10.7498/aps.54.467
    [18] 刘海峰, 代正华, 陈峰, 龚欣, 于遵宏. 混沌动力系统小波变换模数的关联维数. 物理学报, 2002, 51(6): 1186-1192. doi: 10.7498/aps.51.1186
    [19] 刘海峰, 赵艳艳, 代正华, 龚欣, 于遵宏. 利用小波分析计算离散动力系统的最大Lyapunov指数. 物理学报, 2001, 50(12): 2311-2317. doi: 10.7498/aps.50.2311
    [20] 马 晶, 谭立英, 冉启文. 小波分析在光学信息处理中的应用. 物理学报, 1999, 48(7): 1223-1229. doi: 10.7498/aps.48.1223
计量
  • 文章访问数:  6418
  • PDF下载量:  554
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2011-10-26
  • 修回日期:  2011-12-17
  • 刊出日期:  2012-07-05

/

返回文章
返回