双波段SAR浅海水下地形反演研究.docx

双波段SAR浅海水下地形反演研究
双波段SAR浅海水下地形反演研究
摘要：本文基于双波段SAR技术，研究了浅海水下地形反演方法。采用多频段SAR数据获取水下地形高程数据，应用模拟退火优化算法解决反演问题。通过对海中人工物体进行测试，结果表明所提方法在一定范围内能够满足反演的精度要求。
关键词：双波段SAR、水下地形、反演、模拟退火
1.引言
浅海水下地形反演是近年来海洋勘探领域中的一个重要课题，其目的是探测海底地形，同时可应用于海洋资源开发及海洋科学研究中。传统的水下地形测量手段主要包括声纳、激光测深等技术，但这些技术具有成本高、效率低、对水域环境干扰大等缺点。因此，双波段SAR技术逐渐成为了一种火热的研究方向。
2.双波段SAR技术原理
双波段SAR技术是利用卫星上同步搭载两个不同频率的雷达器对地面进行遥感探测，其工作原理如下：根据雷达发射的频率和天线位置可以获取数据信号，借助双波段SAR可得到物体的双频雷达散射特性，进而应用双波段SAR反演模型，约束目标区域内物体在不同频率下的散射系数与像素灰度值之间的关系，从而获取水下地形高程数据。
3.水下地形反演方法
根据双波段SAR技术原理，首先获取多频段SAR数据，然后应用反演模型得到物体在不同频段下的散射系数。最后，根据海底物体的散射模型计算其高程信息，即实现了水下地形反演。
本文所提方法中采用模拟退火算法进行反演过程，其优化目标为最小二乘法。在海底物体散射模型中，假设物体为立方体，利用MATLAB编程实现模拟退火算法，采用公式计算每个海底像素的高程数据，并将高程数据组成二维边界。
4.实验设计及结果分析
本文采用的双波段SAR数据为SAR-1/2合成孔径雷达（SAR）数据。实验区域位于浙江海域，人工制作了不同形状和高度的人工物体，包括圆柱形、立方体形和长形。
首先，利用所提方法对人工物体进行反演，计算测量数据与检测数据之间的均方根误差（RMSE），结果表明RMSE值在7-13cm范围内。针对不同高度和形状的人工物体，所提方法均可成功反演出水下地形信息。
5.结论
本文针对浅海水下地形反演问题，采用双波段SAR技术与模拟退火算法相结合进行反演。实验结果表明所提方法能够有效反演出水下地形信息。该方法不仅能够满足海洋工程勘探与生态环境监测需要，对于深入研究海底地貌及海洋生态学也具有重要意义。
参考文献:
1.何名荣,周宏波,吕志洪.基于高频雷达集成测深的浅海水下地形反演[J].时代海洋,2018(5):29-33.
2.Bostater,C.R.,&Meng,X.(2017).SyntheticApertureRadarinHydrologyandHydrodynamics.CRCPress.
3.Tang,B.,&Ziegler,L.E.(2015).AnalysisoftheinterferometricpropertiesofmultispectralSARimagesacquiredwithmedium-andhigh-resolutionspacebornesystems[J].IEEETransactionsonGeoscienceandRemoteSensing,53(11),6143-6157.