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星载散射计海浪参数提取方法研究

作　者: 过杰
导　师: 何宜军
学　校: 中国科学院研究生院（海洋研究所）
专　业: 物理海洋学
关键词: 散射计风浪涌浪有效波高平均周期波陡神经网络
分类号: P731.22
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

海浪是重要的海洋动力环境参数之一,迄今为止,合成孔径雷达是唯一测量海浪谱的传感器,然而,由于它存在方位波数的截止和能量短缺,限制了其应用。卫星高度计可以测量全球有效波高,但其二维空间分辨率低,其应用也受到了限制。因此,发展一个能够全天候全天时测量海浪参数的有效方法迫在眉睫。本论文希望利用散射计提取波浪参数,主要研究工作如下:1、利用二尺度理论模拟了涌浪对C-波段后向散射系数的影响,并与前人在L-波段和Ku-波段模拟的结果进行了比较,验证了涌浪对雷达后向散射截面的影响随雷达频率增加而减小,同样也随入射角增大而减小。2、根据浮标和散射计匹配的数据发现,当海浪参数(有效波高和波陡)和雷达入射角给定后,雷达后向散射截面同方位角的关系显示二阶余弦函数关系,为此建立了一种BP神经网络波浪参数反演模式。3、分别发展了ERS卫星和QuikSCAT卫星散射计资料反演海浪参数的方法,利用NDBC浮标数据分别对它们反演的波浪参数进行了验证。并发现风浪占优势时反演有效波高的结果好于涌浪占优势;C-波段反演有效波高的结果要好于Ku波段,且在Ku波段,水平极化好于垂直极化;尤其波陡反演的效果好于有效波高的反演结果,且不受海况影响。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-14
第一章绪论  14-34
  1.1 研究背景和意义  14-15
  1.2 卫星海浪遥感现状  15-23
    1.2.1 合成孔径雷达  15-20
    1.2.2 卫星高度计  20-22
    1.2.3 雷达波谱计  22-23
  1.3 微波散射计  23-27
    1.3.1 微波散射计的测风原理  23-24
    1.3.2 微波散射计及海面风场反演  24-25
    1.3.3 微波散射计的发展现状  25-26
    1.3.4 微波散射计的发展特点  26-27
  1.4 波浪参数与风速的关系  27-29
  1.5 波浪对雷达后向散射截面的影响  29-31
  1.6 论文研究的思路和内容  31-32
    1.6.1 论文研究的思路  32
    1.6.2 论文研究的主要内容  32
  1.7 论文创新点  32
  1.8 小结  32-34
第二章海浪基本理论介绍  34-43
  2.1 海浪  34-42
    2.1.1 海浪线性描述几个概念  34
    2.1.2 海浪统计特性几个有关概念  34
    2.1.3 介绍几种谱形式  34-38
    2.1.4 波浪参数不同表示形式  38-42
  2.2 小结  42-43
第三章海面微波散射特性  43-57
  3.1 海面微波散射的几个基本概念  43-50
    3.1.1 散射截面  43-45
    3.1.2 镜面反射  45
    3.1.3 Bragg 共振散射  45-48
    3.1.4 两尺度散射模型  48-50
  3.2 根据二尺度模型模拟C_波段涌浪对后向散射系数的影响  50-56
  3.3 小结  56-57
第四章利用与NDBC 浮标匹配的ER51/2 数据建立模式提取波浪参数  57-86
  4.1 雷达散射截面同海浪参数关系建立的条件  57-59
  4.2 介绍两种算法  59-63
    4.2.1 遗传算法（Genetic Algorithm）  59-60
    4.2.2 神经网络算法  60-63
  4.3 资料来源及数据匹配  63-64
    4.3.1 ERS-1/2 散射计数据与浮标数据匹配  63-64
  4.4 建立模式的不同方法的比较  64-69
  4.5 雷达散射截面同海浪参数的关系  69-71
  4.6 采用平均周期来区分风浪和涌浪建立模式  71-73
  4.7 不同空间误差的模式结果（C-波段）与浮标数据比较  73-85
  4.8 小结  85-86
第五章利用与NDBC 浮标匹配的QUIKSCAT 数据建立模式提取波浪参数  86-96
  5.1 QUICKSCAT 散射计（KU）数据与浮标数据匹配  86-89
  5.2 采用平均周期来区分风浪和涌浪建立模式  89-94
  5.3 小结  94-96
第六章利用散射计数据反演波浪参数并验证  96-108
  6.1 模式的确认  96-101
  6.2 应用过程中模式使用的范围  101-103
  6.3 C-波段模式的应用  103-106
  6.4 小结  106-108
第七章结论与展望  108-110
  7.1 全文总结  108-109
    7.1.1 波浪参数反演方法的提出  108
    7.1.2 波浪参数反演方法的理论支持  108
    7.1.3 波浪参数反演模式的建立及验证  108-109
    7.1.4 波浪参数反演模式的应用  109
  7.2 展望  109-110
参考文献  110-118
附录  118-119
致谢  119-120

星载散射计海浪参数提取方法研究

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