Hasselmann方法反演海浪谱.ppt
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➢运动海面SAR图像密度IS与静止海面的图像 密度IR存在如下关系
I S (r) I R (r')[r r' (r')]dr'
仿真模型
➢根据图像谱的定义，并采用连续谱的形式, 可得到图像谱与海浪谱的非线性转换关系
仿真模型
海浪谱反演
➢将刚才的非线性转换关系简写成
S(K)=Mnl{W(K)}
k
其中 TKR TKt TKh TKrb
仿真模型
➢ 假设RAR对t=0时刻的海浪进行瞬时成像，海浪
的图像强度为I(r)= 0
I R (r) 0
⑻
0 0
做Fourier展开
I R (r)
I
R K
exp(
iK
•
r)
⑼
K
I
R K
为Fourier系数，根据(1)，(7)，(8)，(9)式可
Hasselmann方法 从SAR图像反演海 浪谱
Hasselmann方法简介
先给出SAR对海浪成像的正演过程 (从海浪谱出发，考虑各种调制和成像 理论，得出SAR图像) ，然后通过迭代 方法求逆，给出反演结果(由SAR图像 谱求海浪谱)
主要内容
海浪仿真模型
静止海面成像机理 运动海面成像机理 仿真模型
➢ 沿方位向传播的海浪，水质点沿距离向运动， 是一种非线性调制
Tkvb
K x (c os
i
kl K
s in
)
⑸
• Kx为K在x方向的波数
仿真模型
➢ 静止海面
• 在长波调制下，海表面雷达后向散射截面由
0 0
变成了
0
0 0
0
⑹
0
(r)
0 0
[
TKR K exp( iK • r) c.c.] ⑺
W (K)是输入海浪谱（第一猜测谱）
S(K )是由仿真模型计算得到的图像谱
W (K)是所求海浪谱
0
103
S
3 m
ax
是权重，常数C
10 -4W
max
反演方法
➢把W (K) 作为第一次迭代计算的海浪谱，即 W (1) (K ) W (K ) 并用S(n)(K)和W(n)(K)分别表示 第n次迭代计算的海浪谱和图像谱。 S(n)(K)=Mnl{W(n)(K)}
其中
W
(n) K
W K
(n)
W K
S
(n) K
SK
(n)
SK
AK( n )
Z
2 K
2
(n) 0
BK Z K ZK
反演方法
S(n+1)(K)=Mnl{W(n+1)(K)}
➢迭代终止条件
[S (n1) (K ) S(K )]2 dK
0
[S (n1) (K )]2 dK [S(K )]2 dK
假设第n+1次迭代的值分别为
W (n1) (K ) W (n) (K ) W (n) (K )
S (n1) (K ) S (n) (K ) S (n) (K )
反演方法
其中
S (n) (K )
1 2
[Z
(n) K
W
(n) (K)
Z
(n) K
W
(n) (K)]
Z (n) K
T S (K) 2
静止海面成像
➢ 倾斜调制 ➢ 水动力调制 ➢ 距离向聚束调制
倾斜调制
➢ 长波斜面上不同位置的微尺度波对雷达局地入射 角不同，是线性调制，纯粹是一种几何效应。
⑵
➢ 其中kl为k 在雷达视向上的分量; ➢ 正、负号分别对应VV极化和 HH极化;
➢θ为雷达波束的入射角, θ≤60°;
返回
水动力调制
➢ 长波调制微尺度波的幅度，是一种线性调制
海浪谱反演
反演模型 反演方法
总结
静止海面成像机理
• 用二尺度波模拟近似海面
其中长波波面 (r表,t)示为：
(r,t) k exp[ i(K • r t)] c.c. ⑴
k
其中K=(Kx,Ky)为长波波矢量，r=(x,y)是直角
坐标， 为长波角频率， 为k 波面 (r,t 0)
的Fourier系数
Tkh
4.5K
i 2 2
s in 2
• 为张弛函数;
• 为方位角;
• 为长波角频率
⑶
返回
距离向聚束调制
➢ 长波坡度变化造成有效后向散射截面变化导致距 离向聚束现象，是一种线性调制
TKrb
iK
tan
⑷
运动海面成像
➢ 倾斜调制 ➢ 水动力调制 ➢ 距离向聚束调制 ➢ 速度聚束调制
速度聚束调制
一般取 0 0.1
法反 演 方
总结
➢先建立海浪仿真模型，得到海浪谱与SAR 图像谱之间的关系；
➢由此关系进行逆运算，反演得到海浪谱； ➢从宏观上来说，海浪谱的反演流程如下图
所示：
总结
exp[ K 2 cos2
( '2
)(n) ]
可写成 S (n) (K ) M nl {W (n) (K )}
反演方法
WK(n)
A(n) K
[Z
(n) K
(n)
SK
W (n)
(n)
0
K
]
BK(n)
[Z
(n)
K
S
(n) K
A A (n) (n) K K
(BK(n) )2
W (n)
(n)
0
K
]
得
仿真模型
I
R K
TKR K
(TRK K )
➢引入海浪谱和图像谱的概念
• 海浪谱
WK 2 2
K
源自文库
K
K
K
• 图像谱
S
R K
(
I
R K
)
2
(I
R K
)
I
R K
K
K
仿真模型
➢运动海面 由于速度聚束调制作用，海面上位置为r`的 成像单元在图像平面上的成像位置改变为
r r' (r')
对该式进行逆运算即可SAR图像谱得到 海浪谱
反演方法
➢采用逐次迭代法对积分方程式进行求解， 先构造以下代价函数。
J
[S(K) S(K)]2 S(K)dK 0
[W (K) W (K)]2 dK [C min{W (K),W (K)}]2
其中 S(K )是对SAR图像实施二维FFT得到的图像谱
I S (r) I R (r')[r r' (r')]dr'
仿真模型
➢根据图像谱的定义，并采用连续谱的形式, 可得到图像谱与海浪谱的非线性转换关系
仿真模型
海浪谱反演
➢将刚才的非线性转换关系简写成
S(K)=Mnl{W(K)}
k
其中 TKR TKt TKh TKrb
仿真模型
➢ 假设RAR对t=0时刻的海浪进行瞬时成像，海浪
的图像强度为I(r)= 0
I R (r) 0
⑻
0 0
做Fourier展开
I R (r)
I
R K
exp(
iK
•
r)
⑼
K
I
R K
为Fourier系数，根据(1)，(7)，(8)，(9)式可
Hasselmann方法 从SAR图像反演海 浪谱
Hasselmann方法简介
先给出SAR对海浪成像的正演过程 (从海浪谱出发，考虑各种调制和成像 理论，得出SAR图像) ，然后通过迭代 方法求逆，给出反演结果(由SAR图像 谱求海浪谱)
主要内容
海浪仿真模型
静止海面成像机理 运动海面成像机理 仿真模型
➢ 沿方位向传播的海浪，水质点沿距离向运动， 是一种非线性调制
Tkvb
K x (c os
i
kl K
s in
)
⑸
• Kx为K在x方向的波数
仿真模型
➢ 静止海面
• 在长波调制下，海表面雷达后向散射截面由
0 0
变成了
0
0 0
0
⑹
0
(r)
0 0
[
TKR K exp( iK • r) c.c.] ⑺
W (K)是输入海浪谱（第一猜测谱）
S(K )是由仿真模型计算得到的图像谱
W (K)是所求海浪谱
0
103
S
3 m
ax
是权重，常数C
10 -4W
max
反演方法
➢把W (K) 作为第一次迭代计算的海浪谱，即 W (1) (K ) W (K ) 并用S(n)(K)和W(n)(K)分别表示 第n次迭代计算的海浪谱和图像谱。 S(n)(K)=Mnl{W(n)(K)}
其中
W
(n) K
W K
(n)
W K
S
(n) K
SK
(n)
SK
AK( n )
Z
2 K
2
(n) 0
BK Z K ZK
反演方法
S(n+1)(K)=Mnl{W(n+1)(K)}
➢迭代终止条件
[S (n1) (K ) S(K )]2 dK
0
[S (n1) (K )]2 dK [S(K )]2 dK
假设第n+1次迭代的值分别为
W (n1) (K ) W (n) (K ) W (n) (K )
S (n1) (K ) S (n) (K ) S (n) (K )
反演方法
其中
S (n) (K )
1 2
[Z
(n) K
W
(n) (K)
Z
(n) K
W
(n) (K)]
Z (n) K
T S (K) 2
静止海面成像
➢ 倾斜调制 ➢ 水动力调制 ➢ 距离向聚束调制
倾斜调制
➢ 长波斜面上不同位置的微尺度波对雷达局地入射 角不同，是线性调制，纯粹是一种几何效应。
⑵
➢ 其中kl为k 在雷达视向上的分量; ➢ 正、负号分别对应VV极化和 HH极化;
➢θ为雷达波束的入射角, θ≤60°;
返回
水动力调制
➢ 长波调制微尺度波的幅度，是一种线性调制
海浪谱反演
反演模型 反演方法
总结
静止海面成像机理
• 用二尺度波模拟近似海面
其中长波波面 (r表,t)示为：
(r,t) k exp[ i(K • r t)] c.c. ⑴
k
其中K=(Kx,Ky)为长波波矢量，r=(x,y)是直角
坐标， 为长波角频率， 为k 波面 (r,t 0)
的Fourier系数
Tkh
4.5K
i 2 2
s in 2
• 为张弛函数;
• 为方位角;
• 为长波角频率
⑶
返回
距离向聚束调制
➢ 长波坡度变化造成有效后向散射截面变化导致距 离向聚束现象，是一种线性调制
TKrb
iK
tan
⑷
运动海面成像
➢ 倾斜调制 ➢ 水动力调制 ➢ 距离向聚束调制 ➢ 速度聚束调制
速度聚束调制
一般取 0 0.1
法反 演 方
总结
➢先建立海浪仿真模型，得到海浪谱与SAR 图像谱之间的关系；
➢由此关系进行逆运算，反演得到海浪谱； ➢从宏观上来说，海浪谱的反演流程如下图
所示：
总结
exp[ K 2 cos2
( '2
)(n) ]
可写成 S (n) (K ) M nl {W (n) (K )}
反演方法
WK(n)
A(n) K
[Z
(n) K
(n)
SK
W (n)
(n)
0
K
]
BK(n)
[Z
(n)
K
S
(n) K
A A (n) (n) K K
(BK(n) )2
W (n)
(n)
0
K
]
得
仿真模型
I
R K
TKR K
(TRK K )
➢引入海浪谱和图像谱的概念
• 海浪谱
WK 2 2
K
源自文库
K
K
K
• 图像谱
S
R K
(
I
R K
)
2
(I
R K
)
I
R K
K
K
仿真模型
➢运动海面 由于速度聚束调制作用，海面上位置为r`的 成像单元在图像平面上的成像位置改变为
r r' (r')
对该式进行逆运算即可SAR图像谱得到 海浪谱
反演方法
➢采用逐次迭代法对积分方程式进行求解， 先构造以下代价函数。
J
[S(K) S(K)]2 S(K)dK 0
[W (K) W (K)]2 dK [C min{W (K),W (K)}]2
其中 S(K )是对SAR图像实施二维FFT得到的图像谱