SAR浅海水下地形和水深测量

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水下地形测量内容(一)

水下地形测量内容(一)水下地形测量内容介绍•水下地形测量是指对水下地形进行测量和研究的过程。

•水下地形测量常用于海洋学、地质学、地理学等领域的研究和应用。

测量工具和技术•水下地形测量主要依赖于以下工具和技术：–声纳测深仪（sonar）•使用声波进行测量的一种工具。

•通过发送声波脉冲并记录反射回来的声波来测量水下地形的深度。

–激光测距仪（laser rangefinder）•使用激光束进行测量的一种工具。

•通过测量激光束从仪器到水下地形的反射时间，并结合仪器的位置信息，计算出水下地形的深度。

–卫星测高仪（satellite altimeter）•使用卫星进行测量的一种技术。

•通过测量卫星与水面之间的距离，可以推断出水下地形的高度。

测量应用•水下地形测量在以下领域有着广泛的应用：–海洋地质研究•可以帮助了解海洋地壳的结构和演化过程。

•可以探测到海底火山、地震断层等重要的地质现象。

–海洋生态环境保护•可以评估水下地形的变化对生态系统的影响。

•可以帮助选择合适的海洋保护区域。

–海洋资源勘探•可以探测到海底沉积物、矿藏等资源。

•可以为资源勘探提供重要的地质信息。

–航海安全•可以提供准确的水下地形数据，帮助船舶规避障碍物。

•可以对水下障碍物进行监测和预警。

发展趋势•随着技术的发展和创新，水下地形测量的质量和效率会进一步提高。

•未来可能出现更多高精度、自动化的测量工具和技术。

•水下地形测量在深海、极地等特殊环境下的应用也将得到拓展。

结论•水下地形测量是一项重要而复杂的任务，需要依赖于先进的工具和技术。

•通过水下地形测量，我们可以更好地了解海洋环境、保护生态系统和开发海洋资源。

•随着技术的进步，水下地形测量的应用前景将会越来越广阔。

导航工程中的水下测量与海底地形分析

导航工程中的水下测量与海底地形分析导航工程是指利用各种技术手段，确定船舶、飞机、车辆等物体的位置、姿态以及移动轨迹，以便实现精确导航和定位的工程。

水下测量与海底地形分析是导航工程中的重要内容，通过对水下环境进行测量和分析，可以提供海底地形数据，为导航系统提供准确的信息。

本文将探讨水下测量技术和海底地形分析的应用。

一、水下测量技术1.声纳测深技术声纳测深技术是一种利用声波在水中传播的时间差和频率变化来测量水深的方法。

它通过发射声波脉冲至水下，然后接收回波并计算声波从发射到接收所经历的时间差来确定水深。

声纳测深技术具有测量范围广、测量速度快、精度较高等优点，被广泛应用于水下测量。

2.多波束测量技术多波束测量技术是指利用多个声纳传感器同时发射声波，从而形成多个接收声纳接收回波的情况。

通过接收多个回波，可以得到更多的信息，提高测量精度。

多波束测量技术能够快速获取水下地形数据，并在不同方向上提高测量覆盖范围，提供准确的水下地形信息。

3.激光扫描技术激光扫描技术采用激光束来扫描水下物体，通过测量激光束的反射时间和强度来获取水下地形数据。

激光扫描技术具有高精度、高分辨率的特点，可以获取具有细节的水下地形数据。

激光扫描技术适用于复杂水下环境的测量，能够提供准确的水下地形信息。

二、海底地形分析1.地形数据处理海底地形数据的处理是将测量得到的原始数据进行加工处理，获取可视化的地形图或地形模型。

处理方法包括数据滤波、插值、拟合等。

数据滤波能够去除噪声和异常值，保留有效的地形信息。

插值方法可以根据有限的数据点生成连续的地形曲面。

拟合方法可以通过拟合曲线或曲面来描述地形形态。

地形数据处理能够将原始数据转化为可视化的地形，为后续分析提供准确的数据基础。

2.地形特征分析海底地形特征分析是对地形数据进行分析，提取地形的特征信息。

常见的地形特征包括海山、河流、裂缝、盆地等。

通过对地形特征的分析，可以了解海底地壳的构造和演化过程，为海洋地质和海洋生态等领域的研究提供依据。

海洋测绘中的水深测量与海底地形特征提取的方法与技巧

海洋测绘中的水深测量与海底地形特征提取的方法与技巧海洋测绘是指利用测量技术和设备对海洋中的地形、陆地地貌、海洋资源以及海洋环境进行调查和研究的科学。

其中，水深测量和海底地形特征提取是海洋测绘中最关键的环节之一，也是实现更加全面深入的海洋地球科学研究的基础。

水深测量是海洋测绘的重要内容之一。

它通过使用声波探测技术，测量声波从水面至海底以及反弹回水面所需要的时间来确定水深。

根据测量的范围和精度要求的不同，可分为区域性水深测量和点测水深。

区域性水深测量在大面积范围内进行，主要用于海洋地质、海洋生物学等研究领域。

而点测水深则是在特定位置进行水深测量，常用于港口、航道等需要确定水深的工程设计。

在水深测量中，最常用的设备是多波束测深仪（Multibeam Echo Sounder，简称MBES）。

该仪器可通过发射多个声波束，将地形数据以及反射回来的声波信号记录下来，并通过计算和处理这些数据，得出测量点的水深信息。

MBES在测量速度、精度和覆盖面积方面具有优势，因此在海洋测绘中得到广泛应用。

除了水深测量外，海底地形特征提取也是海洋测绘中的另一个重要环节。

海底地形是海洋中的地层、地貌和地理特征，通过对其特征的提取和分析，可以获得足够的信息来了解海洋生态系统、地质构造等方面的情况。

海底地形特征提取主要通过图像处理技术和地形数据处理方法来实现。

在图像处理方面，常用的方法是基于遥感数据的海底地形特征提取。

这种方法通过利用遥感图像中的纹理、颜色和形态等特征来识别和分析海底地形。

例如，可以通过颜色的变化来定位不同地层，通过纹理的变化来判断地貌类型。

同时，图像处理技术还可以提取海床表面的线状、点状特征，以及水下生物群落的分布等信息。

地形数据处理方法主要依赖于水深测量所得的数据。

通过计算和分析水深数据的变化情况，可以获取海底地形的高程、坡度和形态等特征。

其中，地形的高程信息可以使用数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）来表示。

浅海水下地形SAR成像的速度聚束调制

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水深测量的名词解释

水深测量的名词解释水深测量是一项研究水体深度的科学技术，广泛应用于海洋学、地质学、地理学和环境科学等领域。

它是通过使用各种测量仪器和技术，对水体的深度进行准确测量和记录，以获取对水体地形和结构的了解。

本文将介绍水深测量的核心概念、方法和工具，探讨其在实践中的应用和意义。

1. 概述水深测量水深测量是指对水体的深度进行准确测量的过程。

水体的深度测量根据不同的地区和测量目的，采用不同的方法和工具。

常用的水深测量方法包括测量船、声纳系统、卫星遥感和无人载具等。

这些方法基于不同的原理和技术，以获取高精度和全面的水深信息。

2. 测量方法（1）测量船：测量船是进行水深测量的常用工具之一。

测量船通常搭载专业的测深设备，利用声纳系统发射超声波信号，并根据信号的反射情况计算水深。

测量船的好处是可以覆盖大面积的水域，适用于海洋和湖泊等大范围的水深测量。

（2）声纳系统：声纳系统是一种利用声波进行水深测量的技术。

它通过发射声波信号，并测量信号的传播时间和反射强度，计算出水体的深度。

声纳系统具有快速、准确和可靠的优点，被广泛应用于海洋勘测、河流测量和浅海调查等领域。

（3）卫星遥感：卫星遥感是一种使用卫星传感器对水体进行遥感测量的技术。

卫星遥感可以通过测量水体的反射和吸收特征，间接获取水深信息。

这种方法适用于广大水域的测量，可以提供面积广阔和连续的水深数据。

（4）无人载具：近年来，随着科技的发展，无人载具也应用于水深测量。

无人载具利用自主导航和测深设备，可以在水下进行精确的水深测量。

它的优势在于灵活性和高效性，可以适应不同水域的复杂地形和环境。

3. 应用意义水深测量在许多领域具有重要的应用意义。

在海洋学方面，水深测量有助于研究海底地形、海洋生物和海洋地质等问题。

通过测量海水深度，我们可以了解海洋深海的地貌、海底山脉和洋脊等特征，还可以探测海底沉积物的分布和性质。

在地质学领域，水深测量可以帮助我们研究地球内部的结构和地壳运动。

如何进行水下地形测量与海底资源勘探

如何进行水下地形测量与海底资源勘探水下地形测量与海底资源勘探是一个关键而复杂的领域，它对于海洋科学、环境保护和国家安全具有重要意义。

本文将探讨如何进行水下地形测量和海底资源勘探，以及相关技术的发展和挑战。

从古至今，人类一直在探索并利用海洋资源。

而水下地形测量和海底资源勘探是理解海洋环境、发现海洋宝藏的重要手段。

过去，测量海底地形主要依靠人工方法，如潜水员下潜进行视觉观察和手绘地图。

然而，这种方法费时费力，且难以获得精确的数据。

随着科技的进步，现代水下地形测量和海洋资源勘探借助于各种先进的技术手段。

其中，声波技术是最常见的测量方法之一。

声纳系统利用声波在水中的传播特性，将声波发射到水下后，通过记录回波的时间和强度，来分析水下地形的特征。

声纳技术可以提供高分辨率的地形图像，并且可以进行精确的测量。

此外，声纳技术还可以用来勘测海底沉积物和水下生物。

除了声纳技术，卫星遥感也在水下地形测量和海底资源勘探中起到了重要的作用。

卫星遥感利用卫星上的传感器记录地球表面的辐射能量，并通过数据分析来推断地表的特征。

对于水下地形测量，卫星遥感可以通过观测海洋表面的波浪和浮游生物来推断海底地形。

此外，卫星遥感也可以用来观测海洋表面的温度、盐度和色彩等指标，从而帮助科学家了解海洋的动力学过程和环境变化。

然而，水下地形测量和海底资源勘探仍面临着一些挑战。

首先，海水对声波的传播有很大影响，因此声纳技术在不同海区和不同深度的适用性有所差异。

其次，海底地形在不同的地理位置和形态上存在巨大的变化，这也增加了测量的难度。

另外，海洋环境复杂多变，海流、潮汐和海底地壳运动等因素都会对地形测量产生干扰。

因此，为了提高测量的精度和可靠性，科学家们需要不断改进技术和方法。

为了应对这些挑战，科学家们不断开展相关研究和改进。

近年来，一些新兴技术被引入到水下地形测量和海底资源勘探中。

例如，激光扫描技术可以通过测量水面上激光器发射到海底的激光束的反射时间和强度，来建立海底地形图。

水深测量及水下地形测量

熔敷金属层
压电陶瓷
TVG 多通道信号处理电路波束形成和控制电路
外部存储电路
数据采集电路
多通道前置放大器
换能器接收阵列
返回波束
电源
a
发射、接收脉冲控制信号
底部检测
波束入射角较小时，回波振幅较大，反射波的尖脉冲特征明显，随着入射角的增大，回波振幅越来越小，尖脉冲特征也变得越来越模糊，相位变化却愈明显，检测精度也得到了进一步的提高。因此，中央波束采用振幅检测，边缘波束采用相位检测。不但提高了波束检测的精度，同时也改善了ping断面内测量精度不均匀所造成的影响。
波束脚印的归位问题
第一步，采用声线改正法获得波束脚印的船体坐标
设换能器在船体坐标系下的坐标为(x0 , 0 , z0)，则波束脚印的船体坐标(x,y,z)为：
z = z0 + ∑ Ci cos θ i Δti
i =1 N
x = x0 + ∑ Ci sin θ i Δti
i =1
N
第二步，实现波束脚印船体坐标向地理坐标的转换
还有一种具有广阔发展前途的测量手段，即激光测深系统。激光光束比一般水下光源能发射至更远的距离，其发射的方向性也大大优于声纳装置所发射的声束。激光光束的高分辨率能获得海底传真图像，从而可以详细调查海底地貌与海底底质。该测量属“面”状测量。侧扫声纳系统过去因难以给出深度而只能用于水下地貌调查，近年来，随着水下定位等相关技术的发展以及高分辨率测深侧扫声纳的面世，侧扫声纳也可用于水下地形测量；该测量属“面”状测量。同时，AUV/ROV所承载的扫测设备也逐步成为高精度水下地形测量的一个非常有效的手段。该测量属“面”状测量

我国星载 SAR 海洋应用的现状与需求[1]

我国星载SAR海洋应用的现状与需求黄韦艮　周长宝　厉冬玲一、国内外星载SAR海洋应用与应用技术现状 11星载SAR海洋应用现状星载SA R(合成孔径雷达)以其全天候、全天时对全球海洋进行高分辨率成像观测的能力,引起了世界海洋界的高度重视。

10多年来,特别是欧洲遥感卫星21发射以来,各国都投入了大量人力物力开展星载SA R的海洋应用研究。

目前,星载SA R海洋应用已经并正在取得显著的社会和经济效益。

资料的应用日趋广泛,应用深度逐渐加深,正从定性向定量、从试验性应用向业务应用方向发展。

从本世纪末到下世纪初,星载SA R资料将进入全面应用阶段。

我国星载SA R海洋遥感起步于90年代初。

“八五”期间,我国有关单位完成了国家“863”课题“星载SA R海洋应用研究”和“中加航天SA R海冰应用试验研究”。

目前,正在开展“雷达卫星资料在我国近岸海洋中的应用研究”和“雷达卫星海冰监测研究”等项目。

经过近6年的努力,我国在星载SA R海洋应用方面取得了可喜的进展,缩短了与世界先进水平的差距。

同时,为进一步开展SA R应用研究打下了基础。

(1)海浪星载SA R对海洋应用的重要贡献之一,就是可从空间观测海洋表面波浪。

目前,利用星载SA R资料已能直接导出波长、波向、波的折射和绕射等海浪信息。

星载SA R海浪资料的主要应用有以下三个方面:海浪预报、海洋工程和物理海洋学。

例如,西欧等国家正在将欧洲遥感卫星上的SA R观测到的二维方向波谱资料用于海浪数值预报,改善海浪预报精度;我国和荷兰等国科学家利用欧洲遥感卫星21、日本地球遥感卫星21上的SA R资料研究海浪对海岸的侵蚀和对近岸工程的影响;美国等国家的科学家利用星载SA R提供的大范围海浪场信息,研究开阔大洋长波浪的形成和传播以及波浪在近岸的折射和绕射。

以上三个方面的应用研究还处在起步阶段,仍将是今后星载SA R海浪资料应用研究的重点。

(2)内波海洋卫星21等卫星上的SA R提供了世界各海区大量的内波图像,为内波及其应用研究提供了丰富的资料。

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星载SAR浅海水下地形和水深测量孟庆颖
•定量遥感
定量遥感或称遥感量化遥感研究，主要指从对地观测电磁波信号中定量提取地表参数的技术和方法研究，区别于仅依靠经验判读的定性识别地物的方法。

它有两重含义：遥感信息在电磁波的不同波段内给出的地表物质的定量的物理量和准确的空间位置；从这些定量的遥感信息中，通过实验的或物理的模型将遥感信息与地学参量联系起来，定量的反演或推算某些地学或生物学信息。

•建模是指就某种物理过程，建立与之对应的数学方程或方程组的问题，而反演就好像是解方程或解方程组的问题，显然建立方程与解方程是两个不同性质而又密切相关的问题。

•所谓反演就是基于模型知识基础上，依据可测参数值云反推目标的实时状态参数。

要实现反演一般需要获得足够的信息量，数学语言可表达为独立方程数必须等于或大于未知参数数目。

•反演，用杨文采院士的解释就是：如果放一小瓶香水到小房间中央，从扩散方程知，一天之后小房间内将布满大致均匀分布的香水分子。

反演的问题是，已知屋子四周的香水分布，要问何时放的香水？或放香水的瓶子是什么形状的？我们不禁要问：这些反过来问的问题，在数学上有没有解答？解答是否可以很多？如果解不唯一，哪个解才是真实可靠的？这些问题，就构成了反演理论的主要研究对象。

”•李小文所长在提到遥感的病态反演时，李老师举了非常有趣的例子。

定量遥感的反演，好比我们的古文和白文，在演化中总会缺失些原来的意思或者又赋予其新的涵义。

比如这么一句：徯我后，后来其苏。

后在白文中是一般是指帝王的妻子，而在古文中称作帝王。

古文中的解释随着在历史中漫步，意思逐渐被后人所遗忘、曲解，要想找到最初的本意，我们需要参考更多的书籍文章。

这如同遥感的反演，从已经变形、变性的图像或数据中找回最初的物理量，需要大量的先验知识和方法手段进行辅助。

•应用：
•水面舰船及其航迹检测•海面油膜探测
•海浪研究
•浅海水下地形研究•测风研究
•内波研究
•研究现状：
•马毅在袁业立发展的SAR 影像分解理论的基础上, 基于普林斯顿海洋模式( POM) 建立了水下地形SAR 影像仿真模型,并进行了实验研究。

张杰鉴于SAR 影像像素灰度值的空间离散性, 引入适合解决有限维空间优化问题的目标函数, 并利用适合大型问题求解的共轭梯度法,建立了一种浅海水下地形SAR探测的实用模型,模型在南沙群岛重点岛礁区获得了成功应用,应用SAR 反演的水深绘制了南沙美济礁的水深地形图。

张巍在AH 模型的基础上, 提出用散射系数的二维相关变化递推反演浅海水下地形的公式,并用SIRC SAR 图像反演了香港海域的二维浅海水下地形。

黄韦艮依据SAR 浅海水下地形和水深成像机理, 建立了浅海水下地形和水深雷达后向散射截面仿真模型, 分析了流速、流向、风速和风向与SAR水下地形观测之间的关系。

傅斌等根据星载合成孔径雷达浅海水下地形和水深成像机理, 建立了由奈维斯托克斯方程、谱作用量平衡方程和雷达后向散射模式组成的浅海水下地形和水深雷达后向散射截面仿真模型, 利用该模型模拟并分析了不同地形条件下, 浅海水下地形的雷达后向散射截面。

•SAR 测深与可见光测深的原理不同
•SAR 是工作在微波波段的主动式遥感器,由于海水的高传导介电常数,电磁波在海水中很快衰减,穿透深度极小,无法直接接触海底地形, 因此,SAR对海底地形并没有直接意义上的成像,而是利用微波的Bragg 后向共振散射,探测海面粗糙度并成像。

SAR影像所表现的雷达后向散射能量密度的变化和水深有着密切的关系( 图1) ,因此利用这个关系可以定量获取水下地形信息。

SAR 影像的浅水特征成明暗相间的条纹状, 对应着一般不超过50m的水深, 它们是浅水水下分布着的沙岸、沙脊和沙波的反映。

在深水情况下,许多海洋卫星SAR图像显示出波状的纹理特征, 它们的波长一般是几千米,与100m或1000m甚至更深的水深变化有关。

•成像过程由以下三个步骤组成:
•(1)海底地形和潮流的共同作用使海面流速发生变化;
•(2)海面流速变化调制小尺度海面粗糙度, 这一过程可以用松弛时间近似的流体力学弱相互作用理论来描述;
•(3)海浪谱的调制引起雷达散射截面的变化。

•水下地形及水深
•水下地形形状为我国浅海海区较为常见的锯齿状沙波(图1) ，图中沙波波高和水深分别为d 和，
和为沙波前后坡度地形与卫星飞行方向的夹角为1h 1α2αϕ
•雷达参数
•仿真SA R 工作波段为P ，L ，C 和X 波段波长分别68 .80, 23 .50, 5. 56, 3.10 m
•发射和接收的雷达波极化方式为vv (垂直发射垂直接收) 雷达波束入射角卫星飞行方向与x 方向垂直,由南向北.
•潮流和风
•仿真海区潮流流向为x 方向流速海面风向与潮流流向一致,风速ο230=θs
m u /510=
•利用上所述的仿真模型和条件计算了水下地形和水深的归一化雷达后向散射截面下面对计算结果进行分析
•地形高度与可测水深
•地形坡度与可测水深
•地形方向与可测水深。