SAR的海岸带遥感
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1463～1640
欧空局 SIR-C 1994.04 8a 57或极轨 ERS-1,2 1991.07 1995.04 2a 98.5 800 2400
俄罗斯 Almaz 1991.03 2a 73 300 18500 S
日本 JERS-1 1992.02 2a 98 570 1400 L HH
加拿大 Radarsat 1995.11 5a 98.6 798-821 2750 C HH 10～60 9～100 9～100 45～510 15×1.5 电扫 11.6,17.3或 30.0 5000 42
黄海内波ERS-2 SAR影像（1997.7.23）
南海内波可见光遥感影像（SPOT-3,1996.7.24）
A
南海海面内波的L波段HH极化SIR-C图像(1994.4.18)
南 海 内 L波H S C 图) 海 面 波 的 H 段极R 化 I像 ( 1
飞 向照 向 行 方 射 方
SAR图 像
（一）、SAR图像预处理
2、斑点噪声滤除 改善和滤除斑点噪声常用的方法大体分两类：一是成像前的多视平滑 预处理；二是成像后的滤波技术。成像前的多视平滑处理会损害空间分辨 率，现大都采用后者。 近年来，有不少斑点噪声分布概率模型以及滤波处理算法的研究。其中 有均值滤波、中值滤波、Frost自适应滤波、改良K-均值自适应滤波等。
个内波中最亮点与最暗点的间距（或亮带中心点与暗带中心点的间距）D值；
（3）将从SAR图像上测量的内波群的间距A带入式： g A / T ，计算内波波速，其 C 中 T 为半日潮或全日潮周期。 （4）将内波波速 C g 、水深 h 和g‘代入式： h1
g ' h ( g '2 h 2 4 g ' hCg )1 / 2
2
，计算内
波深度；
（5）将内波波速 C 、水深
g
2g '
4h 2 C g
2 ' 4
h
、D值和g‘代入式： 0
计算内波振幅。
D '2 2 2 ' 3g g h 4 g hCg 1.32
1/ 2
，
（二）、SAR图像海洋特征要素探测
3、船舶目标的检测 （1）静止船舶目标 静止船舶目标在SAR图像上可能是孤立点或小区域，在海面
（一）、SAR图像预处理
SAR图像数据的预处理，主要是几何校正与斑噪滤除。 1、几何校正 具体工作流程为：
输入试验区地形图，生成DEM；
输入成像雷达工作参数，生成试验区的模拟雷达影像； 以模拟影像为参考坐标系，选取对应控制点与实际影像进行配准； 对配准后的影像实施正射投影校正。
校正精度与所用地形图的比例尺有关，如精度要求高，应采用较大比例 尺的地形图。
北 a 1000 900 800 700 600
飞行方向 34 °
像素 y
500 400 300
SIR-C在我国香港特别行政区的图像
B
反演的三个区域水下地形
第九章 合成孔径雷达（SAR）卫星遥感在海岸带环境监测中的应用
一、概述
二、SAR遥感研究现状与发展前景 三、SAR遥感技术在海洋以及海岸带的应用
一、概述
（一）、合成孔径雷达 SAR一般由发射机、调制器、天线、接收机、数据记录和处理等系 统组成。发射脉冲通过天线射向地面，接收地物后向散射信号（雷达回 波），经处理生成SAR图像。
三、SAR遥感技术在海洋以及海岸带的应用
由此能提供定量的海洋信息有: （1）海面风场（风速风向）、海面流场定量重构； （2）浅海下地形重构与水深反演；
（3）海面舰船识别；
（4）海洋油污染，船漏油、海难、井喷、排污等突发性事件监测； （5）海洋水产、海洋运输作业与渔业安全； （6）海冰监测、海面冰山监测； （7）灾害性海况预报：风暴潮、巨浪、台风、海啸、暴雨等； （8）海岸带制图；海岸带资源调查、海岸线变迁及土地利用、滩涂与海湾水域面 积、河口动态及浅水地形监测等。 特别是对常年云雾覆盖、植被茂密的热带海岸，微波SAR具有独特的遥感能力。
（二）、SAR图像海洋特征要素探测
2、内波探测 SAR对内波的成像机制是内波对海表面的微尺度波动产生调制作用，使
得海面粗糙度发生变化，从而在SAR影像上以明暗相间的条纹显示出来。SAR
内波成像主要包括三个物理过程：1、内波在传播过程中引起海表面流场发 生辐聚和辐散的变化；2、变化的表层流场通过调制表面微尺度波，改变了 海面粗糙度；3、海面微尺度波使雷达波发生Bragg散射，从而在SAR图像上 形成明暗相间的内波条纹 。星载SAR的内波成像与SAR的极化方式、工作波 段等参数密切相关，同时也受到内波的外在属性（例如：波长、波向）和内 在特性（例如跃层深度、振幅）等参数的影响。
P (i, j) k ( j) 0 (i, j)
k ( j ) 是一个与距离有关的系统因子，它与发射功率、地面单元
的大小及天线增益函数等有关。
（二）、雷达波散射特性
3、雷达图像斑点
随机面元的雷达波散射是生成图像斑点的原因，表现为地
表目标的不同单元所对应像元的图像色调有随机变化。
二、SAR遥感研究现状与发展前景
辐 散
海 面 表
h 1
传 方 播 向 内 波
h 2
SAR对内波成像的示意图
h h 1 2
（二）、SAR图像海洋特征要素探测
（1）对SAR图像进行几何校正，确定内波的位置，同时对SAR图像进行滤波和图像 增强处理，改善内波图像质量； （2）从SAR图像测量得到两个由半日潮或全日潮产生的独立内波群的间距A值和单
（二）、SAR图像海洋特征要素探测
SAR-C观测到的海浪
（二）、SAR图像海洋特征要素探测
1、 海浪的遥感探测
（1）在SAR图像上选择两块子图像（如512×512像元大小）的区域进 行海浪谱反演； （2)在计算图像谱前，须对图像进行辐射校正，将SAR图像中给出的 各点的灰度值转化为 0 ，不同来源的SAR图像辐射校正方法有所不同， 建议按照数据提供机构推荐的辐射校正方法进行。 （3）从SAR图像上提取波浪谱信息，先选择合适的子图像（如 512×512像元）， 进行二维快速傅里叶变换（FFT），得到SAR图像谱。
1270～1390
Seasat 1978.06 3个月 108 794 >1000 L HH 20 25 25(4视) 100 10.7× 2.16
SIR-A 1981.11 3a 38 252
SIR-B 1984.1 8a 57 250～ 325 L HH 15～60 58～17 25(4视) 10～60 10.7× 2.16 机械 12 1000 30.4
C VV 23 30 30(4视) 100 10×1
90～60 15～30 15～30
35 18(4视) 18(4视) 75
源自文库
15×1.5 机械
12×2.2
15.55 4800 37.12
1640～1720 3000
15 190000 1100 35
1550～1690
海洋
陆地
资源
多参数观测
资源
资源
资源
（二）、SAR图像海洋特征要素探测
（2）运动船舶目标 运动船舶目标往往通过其尾迹来间接检测。根据尾迹的特征，可以估计船只的 运动方向、速度甚至船只的类型、结构和吨位。尾迹成像条件取决于船体结构与运 动速度、SAR系统参数（如船只到SAR平台速度及其到星下点的距离），以及海面风 速风向、海流和波浪状况。
（二）、SAR图像海洋特征要素探测
5、海洋污染监测 A SAR影像的预处理 B 直接分析
C 关联分析
D 模型研究 E 基于研究结果的结论
（二）、SAR图像海洋特征要素探测
6、浅海水深反演
定量的浅海水深计算与反演一般是在下垫海底与粗糙海面的物理数学 模型基础上，根据辐射定标，计算归一化后向散射截面 ；通过 和 雷达参数(波长、极化和入射角)等，求作用量谱 A ；输入 A 、海面风速 风向和初始流速流向等数据，利用特征线方法和迭代计算海表层流速；由 海表层流速和海水密度等参数，采用差分法求解奈维-斯托克斯方程与连 续性方程得到水深。
（二）、雷达波散射特性
1、后向散射系数
雷达波的极化后向散射系数 0 是单位面积上目标的 pq
pq极化 (p,q=v,h为垂直、水平极化)雷达散射截面，为无量
纲系数或dB 。
2、雷达图像强度
图像像元显示的强度 P(i, j ) 与对应地面单元的雷达后向散射 系数
0 i, j
成直接的比例关系：
回波比较强的时候，区分它们和噪声斑点是较困难的，采用如下步骤可较好地区分
它们。
A 原始图像进行斑噪滤波处理； B 用恒虚警率（CFAR）阈值方法作分割，判断是否有适当大小的候选目标存在； C 用双阈值KSW法再次分割； D 经过分割后，相邻的目标点被聚集成候选目标； E 对候选目标进行特征检测。可选择三个特征：目标的大小、强峰点占整个目标 的比例和所有船舶的对比度。 F 对船舶目标进行参数提取，如几何参数包括传播的长度、宽度、朝向。
由海洋卫星Seasat SAR观测的海面尾迹
识别运动船只
中国L波段机载SAR在山东烟台海域观测的运动船迹
4、海冰信息提取
0 200 400 600 800 1000 1200 1361 0
200 400 600 800 1000120014001600 180020002200
由Radarsat SAR 观测的渤海辽东湾海冰
国际上主要星载SAR的情况 美国 型号 发射时间 （年.月） 任务期限 轨道倾角/(°) 飞行高度/km 卫星发射质量/kg 工作波段 极化方式 视角/(°) 距离分辨率/m 方位分辨率/m 测绘带宽/km 天线尺寸/m×m 波束操纵方式 信号带宽/MHz 发射功率/W 发射脉宽/μ s 重复频率/Hz 目的及应用 19 1000 33.4
1464～1824
L HH 47 40 40(6视) 50 9.4× 2.16 6 1000 30.4
1464～1824
L,C,X 全极化 15～60 58～17 25(4视) 20～100 12×4.1 电扫 12 L:3600,C:2235, X:1000 L:30.4,C:33
1200～1900
三、SAR遥感技术在海洋以及海岸带的应用
SAR遥感图像可显示重要的海洋特征，例如: （1）大面积海域的海面波浪场,如大洋风浪与涌浪,浅海区波浪折射、绕射等; （2）海面风场、海流流场、锋面等海面运动;
（3）显示大陆边缘、海山与海流切变区的海洋内波;
（4）强海流区域和河口附近海域涡流; （5）内海湾潮流展示,从近岸到近海区域的水系分布; （6）浅海水下地形和浅海水深调制,海面起伏; （7）运动船舶产生的海面尾迹; （8）各类型的海冰及其变化; （9）海面溢油及海面油污染; （10）海岸带地物变迁; （11）风暴潮、热带气旋、降雨等;
欧空局 SIR-C 1994.04 8a 57或极轨 ERS-1,2 1991.07 1995.04 2a 98.5 800 2400
俄罗斯 Almaz 1991.03 2a 73 300 18500 S
日本 JERS-1 1992.02 2a 98 570 1400 L HH
加拿大 Radarsat 1995.11 5a 98.6 798-821 2750 C HH 10～60 9～100 9～100 45～510 15×1.5 电扫 11.6,17.3或 30.0 5000 42
黄海内波ERS-2 SAR影像（1997.7.23）
南海内波可见光遥感影像（SPOT-3,1996.7.24）
A
南海海面内波的L波段HH极化SIR-C图像(1994.4.18)
南 海 内 L波H S C 图) 海 面 波 的 H 段极R 化 I像 ( 1
飞 向照 向 行 方 射 方
SAR图 像
（一）、SAR图像预处理
2、斑点噪声滤除 改善和滤除斑点噪声常用的方法大体分两类：一是成像前的多视平滑 预处理；二是成像后的滤波技术。成像前的多视平滑处理会损害空间分辨 率，现大都采用后者。 近年来，有不少斑点噪声分布概率模型以及滤波处理算法的研究。其中 有均值滤波、中值滤波、Frost自适应滤波、改良K-均值自适应滤波等。
个内波中最亮点与最暗点的间距（或亮带中心点与暗带中心点的间距）D值；
（3）将从SAR图像上测量的内波群的间距A带入式： g A / T ，计算内波波速，其 C 中 T 为半日潮或全日潮周期。 （4）将内波波速 C g 、水深 h 和g‘代入式： h1
g ' h ( g '2 h 2 4 g ' hCg )1 / 2
2
，计算内
波深度；
（5）将内波波速 C 、水深
g
2g '
4h 2 C g
2 ' 4
h
、D值和g‘代入式： 0
计算内波振幅。
D '2 2 2 ' 3g g h 4 g hCg 1.32
1/ 2
，
（二）、SAR图像海洋特征要素探测
3、船舶目标的检测 （1）静止船舶目标 静止船舶目标在SAR图像上可能是孤立点或小区域，在海面
（一）、SAR图像预处理
SAR图像数据的预处理，主要是几何校正与斑噪滤除。 1、几何校正 具体工作流程为：
输入试验区地形图，生成DEM；
输入成像雷达工作参数，生成试验区的模拟雷达影像； 以模拟影像为参考坐标系，选取对应控制点与实际影像进行配准； 对配准后的影像实施正射投影校正。
校正精度与所用地形图的比例尺有关，如精度要求高，应采用较大比例 尺的地形图。
北 a 1000 900 800 700 600
飞行方向 34 °
像素 y
500 400 300
SIR-C在我国香港特别行政区的图像
B
反演的三个区域水下地形
第九章 合成孔径雷达（SAR）卫星遥感在海岸带环境监测中的应用
一、概述
二、SAR遥感研究现状与发展前景 三、SAR遥感技术在海洋以及海岸带的应用
一、概述
（一）、合成孔径雷达 SAR一般由发射机、调制器、天线、接收机、数据记录和处理等系 统组成。发射脉冲通过天线射向地面，接收地物后向散射信号（雷达回 波），经处理生成SAR图像。
三、SAR遥感技术在海洋以及海岸带的应用
由此能提供定量的海洋信息有: （1）海面风场（风速风向）、海面流场定量重构； （2）浅海下地形重构与水深反演；
（3）海面舰船识别；
（4）海洋油污染，船漏油、海难、井喷、排污等突发性事件监测； （5）海洋水产、海洋运输作业与渔业安全； （6）海冰监测、海面冰山监测； （7）灾害性海况预报：风暴潮、巨浪、台风、海啸、暴雨等； （8）海岸带制图；海岸带资源调查、海岸线变迁及土地利用、滩涂与海湾水域面 积、河口动态及浅水地形监测等。 特别是对常年云雾覆盖、植被茂密的热带海岸，微波SAR具有独特的遥感能力。
（二）、SAR图像海洋特征要素探测
2、内波探测 SAR对内波的成像机制是内波对海表面的微尺度波动产生调制作用，使
得海面粗糙度发生变化，从而在SAR影像上以明暗相间的条纹显示出来。SAR
内波成像主要包括三个物理过程：1、内波在传播过程中引起海表面流场发 生辐聚和辐散的变化；2、变化的表层流场通过调制表面微尺度波，改变了 海面粗糙度；3、海面微尺度波使雷达波发生Bragg散射，从而在SAR图像上 形成明暗相间的内波条纹 。星载SAR的内波成像与SAR的极化方式、工作波 段等参数密切相关，同时也受到内波的外在属性（例如：波长、波向）和内 在特性（例如跃层深度、振幅）等参数的影响。
P (i, j) k ( j) 0 (i, j)
k ( j ) 是一个与距离有关的系统因子，它与发射功率、地面单元
的大小及天线增益函数等有关。
（二）、雷达波散射特性
3、雷达图像斑点
随机面元的雷达波散射是生成图像斑点的原因，表现为地
表目标的不同单元所对应像元的图像色调有随机变化。
二、SAR遥感研究现状与发展前景
辐 散
海 面 表
h 1
传 方 播 向 内 波
h 2
SAR对内波成像的示意图
h h 1 2
（二）、SAR图像海洋特征要素探测
（1）对SAR图像进行几何校正，确定内波的位置，同时对SAR图像进行滤波和图像 增强处理，改善内波图像质量； （2）从SAR图像测量得到两个由半日潮或全日潮产生的独立内波群的间距A值和单
（二）、SAR图像海洋特征要素探测
SAR-C观测到的海浪
（二）、SAR图像海洋特征要素探测
1、 海浪的遥感探测
（1）在SAR图像上选择两块子图像（如512×512像元大小）的区域进 行海浪谱反演； （2)在计算图像谱前，须对图像进行辐射校正，将SAR图像中给出的 各点的灰度值转化为 0 ，不同来源的SAR图像辐射校正方法有所不同， 建议按照数据提供机构推荐的辐射校正方法进行。 （3）从SAR图像上提取波浪谱信息，先选择合适的子图像（如 512×512像元）， 进行二维快速傅里叶变换（FFT），得到SAR图像谱。
1270～1390
Seasat 1978.06 3个月 108 794 >1000 L HH 20 25 25(4视) 100 10.7× 2.16
SIR-A 1981.11 3a 38 252
SIR-B 1984.1 8a 57 250～ 325 L HH 15～60 58～17 25(4视) 10～60 10.7× 2.16 机械 12 1000 30.4
C VV 23 30 30(4视) 100 10×1
90～60 15～30 15～30
35 18(4视) 18(4视) 75
源自文库
15×1.5 机械
12×2.2
15.55 4800 37.12
1640～1720 3000
15 190000 1100 35
1550～1690
海洋
陆地
资源
多参数观测
资源
资源
资源
（二）、SAR图像海洋特征要素探测
（2）运动船舶目标 运动船舶目标往往通过其尾迹来间接检测。根据尾迹的特征，可以估计船只的 运动方向、速度甚至船只的类型、结构和吨位。尾迹成像条件取决于船体结构与运 动速度、SAR系统参数（如船只到SAR平台速度及其到星下点的距离），以及海面风 速风向、海流和波浪状况。
（二）、SAR图像海洋特征要素探测
5、海洋污染监测 A SAR影像的预处理 B 直接分析
C 关联分析
D 模型研究 E 基于研究结果的结论
（二）、SAR图像海洋特征要素探测
6、浅海水深反演
定量的浅海水深计算与反演一般是在下垫海底与粗糙海面的物理数学 模型基础上，根据辐射定标，计算归一化后向散射截面 ；通过 和 雷达参数(波长、极化和入射角)等，求作用量谱 A ；输入 A 、海面风速 风向和初始流速流向等数据，利用特征线方法和迭代计算海表层流速；由 海表层流速和海水密度等参数，采用差分法求解奈维-斯托克斯方程与连 续性方程得到水深。
（二）、雷达波散射特性
1、后向散射系数
雷达波的极化后向散射系数 0 是单位面积上目标的 pq
pq极化 (p,q=v,h为垂直、水平极化)雷达散射截面，为无量
纲系数或dB 。
2、雷达图像强度
图像像元显示的强度 P(i, j ) 与对应地面单元的雷达后向散射 系数
0 i, j
成直接的比例关系：
回波比较强的时候，区分它们和噪声斑点是较困难的，采用如下步骤可较好地区分
它们。
A 原始图像进行斑噪滤波处理； B 用恒虚警率（CFAR）阈值方法作分割，判断是否有适当大小的候选目标存在； C 用双阈值KSW法再次分割； D 经过分割后，相邻的目标点被聚集成候选目标； E 对候选目标进行特征检测。可选择三个特征：目标的大小、强峰点占整个目标 的比例和所有船舶的对比度。 F 对船舶目标进行参数提取，如几何参数包括传播的长度、宽度、朝向。
由海洋卫星Seasat SAR观测的海面尾迹
识别运动船只
中国L波段机载SAR在山东烟台海域观测的运动船迹
4、海冰信息提取
0 200 400 600 800 1000 1200 1361 0
200 400 600 800 1000120014001600 180020002200
由Radarsat SAR 观测的渤海辽东湾海冰
国际上主要星载SAR的情况 美国 型号 发射时间 （年.月） 任务期限 轨道倾角/(°) 飞行高度/km 卫星发射质量/kg 工作波段 极化方式 视角/(°) 距离分辨率/m 方位分辨率/m 测绘带宽/km 天线尺寸/m×m 波束操纵方式 信号带宽/MHz 发射功率/W 发射脉宽/μ s 重复频率/Hz 目的及应用 19 1000 33.4
1464～1824
L HH 47 40 40(6视) 50 9.4× 2.16 6 1000 30.4
1464～1824
L,C,X 全极化 15～60 58～17 25(4视) 20～100 12×4.1 电扫 12 L:3600,C:2235, X:1000 L:30.4,C:33
1200～1900
三、SAR遥感技术在海洋以及海岸带的应用
SAR遥感图像可显示重要的海洋特征，例如: （1）大面积海域的海面波浪场,如大洋风浪与涌浪,浅海区波浪折射、绕射等; （2）海面风场、海流流场、锋面等海面运动;
（3）显示大陆边缘、海山与海流切变区的海洋内波;
（4）强海流区域和河口附近海域涡流; （5）内海湾潮流展示,从近岸到近海区域的水系分布; （6）浅海水下地形和浅海水深调制,海面起伏; （7）运动船舶产生的海面尾迹; （8）各类型的海冰及其变化; （9）海面溢油及海面油污染; （10）海岸带地物变迁; （11）风暴潮、热带气旋、降雨等;