基于反向散射强度的海底参数反演方法研究
动态介质海面电磁散射特性及参数反演研究的开题报告
动态介质海面电磁散射特性及参数反演研究的开题报告一、研究背景和意义随着现代科技的发展，电磁散射技术在水下探测、石油勘探等领域得到广泛的应用。
其中，海面电磁散射技术的研究是海上电磁散射领域的一个重点。
海面电磁散射技术可以利用雷达或者其他电磁波源在海面下进行探测，可以获取海洋底部的信息，包括海床类型、物质结构等等。
同时，海面电磁散射技术在海上通信、导航、遥感等领域也有着广泛的应用。
因此，对海面电磁散射技术的研究具有非常重要的意义。
目前，对于静态介质下的电磁散射已经有了比较理论的研究，而对于动态介质下的海洋环境还存在许多不确定性。
由于海洋环境存在着波浪等动态因素，这些因素会对电磁波的传播、反射、折射等产生影响，因此需要深入研究动态介质下的海面电磁散射特性。
二、研究目标和内容本研究的目标是深入研究动态介质海面电磁散射的特性及其参数反演方法，探索合适的反演算法以及数据处理方法，使其能够广泛应用于海洋底部探测和海上通信等领域。
具体研究内容包括：1.对动态介质海洋环境下的电磁波传播特性进行探究，以及电磁波在海面上的反射、折射和散射现象的理论分析和模拟；2.研究动态介质条件下的电磁散射的参数反演方法，探讨合适的反演算法，并进行实验验证；3.利用研究得到的反演算法和数据处理方法，进行海洋底部探测和海上通信等应用实验，以验证该算法的可靠性和有效性。
三、研究方法和技术路线本研究主要采用理论分析、数值模拟、实验验证等方法，具体技术路线为：1.根据Maxwell方程和Kirchhoff散射理论，建立动态介质海面电磁散射的数学模型；2.采用FDTD法（时域有限差分法）对电磁波传播、反射、折射和散射进行数值模拟；3.针对研究目的，选择不同的反演算法，并进行实验验证；4.利用反演算法和数据处理方法，进行实际海上探测和通信等应用实验。
四、研究预期成果和意义通过本研究的理论分析和实验研究，预计可以取得以下成果：1.对于动态介质海面电磁散射的传播、反射、折射等特性有一个更加深入的理解；2.针对动态介质海面电磁散射的参数反演方法，提出一种能够更加准确和高效的反演算法；3.在海洋底部探测、海上通信等领域，提供一种新的、可靠的技术手段，为海洋领域的发展做出贡献。
基于遥感数据的鄱阳湖水体后向散射系数反演
基于遥感数据的鄱阳湖水体后向散射系数反演翟彦放;邱月;陈方圆;邬国锋【摘要】水体后向散射系数是水体的重要光学特性之一,也是水质生物光学反演模型的重要参数之一,对其研究具有重要意义。
利用2010年10月鄱阳湖实测水体后向散射系数、吸收系数和遥感光谱数据,建立基于生物光学模型的水体后向散射系数反演模型(420 nm,470 nm,510 nm,590 nm和700 nm),模型校准和验证阶段的决定系数分别为0．739~0．866和0．684~0．827,RMSE基本上均小于0．4。
结果表明光谱数据和生物光学模型在反演鄱阳湖水体后向散射系数具有很大的潜力。
%Backscattering coefficient is one of the important water optical properties,and it is also an important in-putting parameter deriving water quality bio-optical model. This study aimed to establish the water backscattering coeffi-cient inversion model(420,470,510,590 and 700nm) using bio-optical model combined with the backscattering coeffi-cient,absorption coefficient and remote sensing data in Poyang lake in October of 2010. The results showed that:the de-termination coefficients of models in calibration and validation ranged from 0. 739 to 0. 866 and from 0. 684 to 0. 827,re-spectively,and the RMSE values were mostly less than 0. 4. We concluded that remote sensing data and bio-optical mod-el held great potential in retrieving backscattering coefficient of water body in Poyang Lake.【期刊名称】《城市勘测》【年(卷),期】2016(000)003【总页数】5页(P71-75)【关键词】鄱阳湖;生物光学模型;后向散射系数;水质遥感反演【作者】翟彦放;邱月;陈方圆;邬国锋【作者单位】国家测绘地理信息局重庆测绘院，重庆 400014;重庆市勘测院，重庆 400020;武汉大学资源与环境科学学院，湖北武汉 430079;海岸带地理环境监测国家测绘地理信息局重点实验室&空间信息智能感知与服务深圳市重点实验室&深圳大学生命科学学院，广东深圳 518060【正文语种】中文【中图分类】TP701水体后向散射系数是水体固有光学特性之一[1]，也是构建水质参数生物光学反演模型的重要输入参数之一[2]，而且与水体生物、物理和化学环境以及地理要素存在紧密联系[1]，因此其研究对水质反演和监测以及水体保护和管理具有重要意义。
CALIOP反演海洋颗粒物后向散射系数方法概述
红外与激光工程
Infrared and Laser Engineering
2021年 6 月 Jun. 2021
CALIO P反演海洋颗粒物后向散射系数方法概述
陶 雨 婷 \ 赵 泓 楷 、周 雨 迪 、 卓 文 淇 1，刘 群 \ 崔 晓 宇 、刘 斌 、乐成峰2,潘 孙 强 3, 刘 崇 1，刘 东 1
6bp的 反 演 结 果 ，旨在为我国未来星载海洋激光雷达的数据处理及应用工作提供参考。
关键词：星载激光雷达； 图分类号：P734.2 文 献 标 志 码 ： A
D O I：10.3788/IRLA20211037
Overview of inversion methods of ocean subsurface particulate backscattering coefficient by using CALIOP data
的星载激光雷达，特别是为极地观测和昼夜观测提供了重要数据。文中详细介绍了 C A L IO P 系统原理
及 其 三 级 主 要 数 据 产 品 ，重 点 梳 理 了 利 用 CALIOP 532 nm 偏 振 通 道 退 偏 比 反 演 Z>bp的方法以及后续的
退 卷 积 校 正 系 统 瞬 态 响 应 等 改 进 措 施 ，总 结 出 了 一 套 详 细 完 整 的 反 演 流 程 ，开发出对应算法并展示了
(1.浙 江 大 学 宁 波 研 究 院 光 电 科 学 与 工 程 学 院 ，浙 江 杭 州 310027; 2.浙 江 大 学 海 洋 学 院 ，浙 江 舟 山 316021;
3.浙 江 省 计 量 科 学 研 究 院 ，浙 江 杭 州 310018)
基于信息图谱的SeaWinds散射计海面风场反演研究的开题报告
基于信息图谱的SeaWinds散射计海面风场反演研究的开题报告题目：基于信息图谱的SeaWinds散射计海面风场反演研究一、研究背景及意义海洋是地球上占据面积最大的领域之一，海面风场作为描述海洋动力学过程的重要参数，在海洋天气、海洋环境与资源等领域有着广泛的应用价值。
然而，传统的海面风场观测技术受限于设备、时间、空间等多方面因素，其精度和时效性不高，无法满足实际应用的需求。
由此，扫地无人机、激光测风雷达等新型技术逐渐成为海面风场观测的新趋势。
SeaWinds散射计是一种主动微波遥感技术，在海洋风场监测领域也有广泛的应用。
通过观测微波回波信号，在应用逆向散射理论与海面波谱相结合的算法反演之下，可实现海面风场参数的获取。
然而，由于多种因素的干扰、背景波浪、地理信息等复杂因素的存在，SeaWinds散射计反演海面风场的精度依然存在一定程度的局限和不足。
为了解决这一问题，本文拟基于信息图谱的思想和SeaWinds散射计数据，开展海面风场反演的相关研究。
通过构建信息图谱，将多源数据信息在一个联通的网络结构中整合，提高海面风场反演的准确度和精度，加强对背景波浪等复杂因素的处理，实现更为可靠的海面风场反演方法。
二、研究内容及思路1. 构建信息图谱模型，采集整合SeaWinds散射计测量数据与其他相关数据信息（如海洋温度、盐度、海面流速等）。
2. 开展反演参数选择与算法研究，通过比较分析不同方法优劣，选择最优的算法和参数反演海面风场信息。
3. 结合信息图谱中的背景波浪、地理信息等相关数据，对反演结果进行校正和修正，提高其可靠性和准确度。
4. 验证反演结果的有效性，与实测数据对比，评估所提出方法的优劣。
三、预期研究成果1. 提出一种基于信息图谱的海面风场反演方法，较传统方法具有更为高效、准确的特点。
2. 发现和分析背景波浪、相关地理信息对SeaWinds散射计反演结果的影响，为海面风场反演的深入研究提供参考。
3. 实现对海面风场信息的更为精细化的获取与分析，为海洋环境监测、天气预报等领域提供更为可靠的数据支撑。
基于SAR遥感技术的海浪参数反演研究
基于SAR遥感技术的海浪参数反演研究海浪是指由风力或其他自然力量在海表面产生的涌动。
海浪的形成和发展、传播和消失是由复杂的物理机制支配的，在海洋科学研究中具有重要的意义。
对海浪的认识和研究是深化对自然规律的认识和开发利用海洋资源的重要前提。
然而，海浪的观测是一项复杂而艰巨的任务，在条件恶劣的海域，常常受到测量设备的限制。
因此，基于SAR遥感技术的海浪参数反演成为了现代海洋科学研究的热点之一。
SAR遥感技术由于其天气、时间和空间无限制等特点，最近逐渐应用到了海洋波浪的研究中。
SAR（Synthetic Aperture Radar）合成孔径雷达是一种主动遥感技术，可以获取目标区域的微波信号，并利用回波信号计算反演参数。
SAR遥感技术可以实现对海洋表面的高分辨率遥感观测，从而提供了无法用传统手段获得的关键海浪参数。
因此，利用SAR遥感技术进行海浪参数反演，具有重要的意义。
SAR遥感技术的海浪参数反演研究主要包括两个方面：一是基于SAR影像获取海浪的空间和时序特性；二是基于海浪的表征参数进行模型模拟和反演研究。
针对这两个方面进行具体的阐述。
一、基于SAR影像获取海浪的空间和时序特性在SAR影像处理中，海浪在图像上的表现为背向散射成分，其大小与海浪形变和颗粒涡旋的个数有关。
通过对SAR影像的处理，可以获取到海浪在时域和空间上的特征参数。
其中，时域上的海浪参数如海浪高度、周期、方向等，可以通过对SAR图像的分析而得到。
空间上的海浪参数主要包括海浪波谱和海浪方向谱。
海浪波谱描述了海浪在频率域内的能量分布情况。
它是研究海浪的基本参数之一，在海洋工程和气象学中有着重要的应用。
SAR影像中的海浪波谱可以通过对图像强度场的分析获得。
经过对反射场的处理和滤波，可以得到波高和方向等参数进一步分析获得波谱。
海浪方向谱反映了海浪的能量在不同方向的分布情况。
它是表征海浪特性的重要参数之一，在气象学、海洋工程和海洋资源开发中均有着广泛的应用。
基于多层感知器和SAR参数的海浪有效波高反演方法
基于多层感知器和SAR参数的海浪有效波高反演方法高亚飞;王运华;张彦敏;姜文正【期刊名称】《中国海洋大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2024(54)2【摘要】本文在分析雷达海面图像的多个参数与海浪有效波高相关性的基础上,应用哨兵1A卫星Level-2 SAR数据中的后向散射系数、图像强度归一化方差、截止波长、主波波长、主波波向、图像偏度和峰度参数提出了基于多层感知器(MLP)的海浪有效波高反演方法。
详细讨论了输入参数组合不同时,MLP模型反演的整体海浪有效波高(SWH)、风浪有效波高(SWH WW)和涌浪有效波高(SWH S)的精度。
针对极端海况下数据较少导致模型产生的系统偏差,文中采用校正函数减小该误差,从而增强了模型的适用性。
与欧洲中期天气预报中心(ECMWF)和Jason3卫星提供的整体海浪有效波高数据进行对比,本文方法所得结果的均方根误差分别为0.471和0.535 m,相关系数为0.923和0.922。
与ECMWF提供的风浪和涌浪有效波高相比,本文方法反演所得风浪和涌浪有效波高的均方根误差分别为0.534和0.512 m,相关系数分别为0.898和0.815。
【总页数】13页(P121-133)【作者】高亚飞;王运华;张彦敏;姜文正【作者单位】中国海洋大学信息科学与工程学部;自然资源部第一海洋研究所;青岛海洋科学与技术试点国家实验室区域海洋动力学与数值模拟功能实验室【正文语种】中文【中图分类】P731.22【相关文献】1.基于EMD方法的SAR海浪参数反演2.基于同步风场的机载SAR海浪参数反演方法3.HY-2A卫星高度计不同重跟踪方案对反演海浪有效波高的影响4.星载GNSS-R海浪有效波高反演模型构建5.基于准线性近似方法的SAR图像海浪参数反演研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于地声模型的浅海混响地声反演研究
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第 ３ 卷第 ７期 ｌ
２１ ００年 ７月
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基于EMD方法的SAR海浪参数反演
基于EMD方法的SAR海浪参数反演谭可易;张彪;谢玲玲【摘要】[目的]采用经验模态分解(EMD)方法,基于SAR图像反演海浪参数.[方法]以东北太平洋两幅RADARSAT-2 SAR图像为例,利用谱方法和C波段地球物理模式函数(CMOD5)反演风场,在此基础上,对SAR图像进行EMD分解,得到5个波段的固有模态,由固有模态波长,结合波浪理论和风浪谱,得出研究海域波浪的主波周期和有效波高.[结果与结论]与浮标实测数据对比,反演主波周期偏差为1.9%和13.2%,有效波高偏差为12.2%和12.8%.SAR图像分解与海浪理论结合,为探测反演远海波浪信息提供了新方法.【期刊名称】《广东海洋大学学报》【年(卷),期】2018(038)004【总页数】8页(P77-84)【关键词】合成孔径雷达(SAR);风场反演;波浪信息提取;有效波高;EMD【作者】谭可易;张彪;谢玲玲【作者单位】广东海洋大学海洋与气象学院// 广东省近海海洋变化与灾害预警重点实验室,广东湛江 524088;南京信息工程大学海洋科学学院,江苏南京 210044;广东海洋大学海洋与气象学院// 广东省近海海洋变化与灾害预警重点实验室,广东湛江 524088【正文语种】中文【中图分类】P733.1合成孔径雷达（Synthetic aperture radar, SAR）是一种主动式微波成像雷达，其优点凸显在其空间分辨率高（可以达到1 m量级），而且能够实现全天候、全天时观测，是探究海洋和海气边界层过程的有效手段[1]，SAR图像反映的是海面粗糙度的二维空间分布。
Weissman等[2]基于实验研究，发现SAR图像上的线性条纹与海面风向存在着相关性。
Fu等[3]证明SAR图像上的线性条纹特征与海面风向存在平行关系，揭开了利用SAR图像反演风向的序幕。
Gerling[4]通过对SAR图像进行二维傅里叶变换所得的二维波数谱反演风向，取得很好结果。
海洋二号卫星扫描辐射计海洋参数反演算法研究
海洋二号卫星扫描辐射计海洋参数反演算法研究王振占;鲍靖华;李芸;谌华【摘要】This paper established retrieval algorithm of sea surface temperature,sea surface wind speed,atmospheric water vaporcontent,atmospheric liquid water content and rain rate for the HY-2 scanning microwave radiometer using simulation data of radiation transfer equa-tion. And then we used on-orbit data to retrieve these parameters. The validation of sea surface temperature,sea surface wind speed shows that the algorithm is feasible and reasonable,which can retrieve the atmospheric and ocean parameters,and the accuracy meets the requirement of the design indicators. Currently,the validation of other parameters is still going on. The retrie-val algorithm will be optimized by further calibration of brightness temperature.%针对海洋二号（HY-2）卫星扫描辐射计，利用辐射传射方程模拟，建立了海面温度、海面风速、大气水汽含量、大气液态水含量和雨率的反演算法，并利用扫描辐射计在轨数据对上述参数进行反演。
海洋技术研究 多波束声学底质分类研究进展与展望
海洋论坛▏多波束声学底质分类研究进展与展望海底作为一个具有重要意义的地质界面，一直都是海洋科学研究的热点。
海底底质研究是海底研究的基础，除此之外，海底底质作为海洋环境的重要组成部分、海洋测绘调查的主要内容，在海洋地质、海洋工程、海洋环境科学、海道测量及海洋资源开发利用中发挥重要作用，得到国内外专家学者的高度重视。
传统的海底底质分类通常采用箱式取样、重力取样、可视抓斗等方式，按一定网格离散现场取样，并通过室内测试分析后进行底质类型划分。
该方法虽能直观进行底质判断，但效率低、取样有限、作业成本较高、在深水区实施困难，且格网节点间沉积物类型受各种因素影响可靠度不高，无法满足现代海洋科研和开发需要。
随着海上工程建设、海洋资源开发活动的开展，迫切需要更新、更高效、更便捷的技术手段对海区底质类型及其分布情况进行全面、系统的掌握。
水声学技术不断发展，出现了单波束、多波束、侧扫声呐等一系列海底勘测设备，这使得海底底质探测从传统的现场底质取样法发展到非接触式声学底质探测法，其中多波束测深系统（MBES）不仅可以得到高精度的水深地形数据，还能获取丰富的反向散射强度数据。
反向散射强度与海底底质的粗糙度、沉积物粒径、孔隙度、饱和度等物理属性及入射角有极强的相关性，两者的有效结合使得多波束测深系统在底质分类研究中被更多的科研工作者使用，其凭借全覆盖、高采样率、高效率和低成本等优势，逐渐成为海洋声学底质探测的重要方法和手段。
基于多波束测深系统获取的反向散射强度数据和海底声像图，结合海底底质取样获取的真实海底沉积物样品数据，并以多种分类方法，实现海底底质类型自动分类识别。
多波束底质自动分类识别与应用是常规海洋底质调查的有益补充，能快速、准确获取海底沉积物分类状况，将在海洋资源调查、海洋工程建设、海洋科学考察和国防建设等方面发挥越来越重要的角色。
多波束海底底质分类涉及数字信号处理、水声学、高性能计算机、高分辨显示、高精度导航定位、数字化传感器、数字图像处理、机器学习等多学科，经过近30a的发展取得了丰硕成果。
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基于反向散射强度的海底参数反演方法研究海底作为海洋波导声传播的重要边界,可靠的声传播模型和匹配场声源定位都需要已知有关海底的声学特性。
然而,大范围的海底参数通常难以直接测量,并且需要付出相当高的代价。
目前,利用声场测量数据来估计海底参数的声学反演方法已成为海底遥测的有效手段,并具有广阔的应用前景。
海底声散射是声波与海底相互作用的结果,势必携带有关海底的信息,因此本文在构建反向散射强度正演模型的基础上,利用实验室环境条件下测得的水池底部沙质沉积物反向散射强度数据,开展了基于反向散射强度的海底参数反演方法的研究与验证。
与传统的基于声传播模型的匹配场反演方法相比,该方法的优势在于算法简单,易于实现,能够获得更为全面的海底信息。
在正演模型中,将海底沉积物视为由固体框架和孔隙水组成的双相系统,由基于Biot理论简化得到的等效密度流体模型(EDFM,有时也称为等效密度流体近似)来描述,适用于泥(包括粘土和粉砂)或细沙等软质沉积物,其中等效密度为一个与频率有关的复数;考虑海底表面粗糙散射和沉积物内部不均匀性引起的体积散射,分别采用复合粗糙散射模型和微扰流体近似体积散射模型;考虑沉积物的频散特性,声速频散和衰减的频率依赖关系由反演出的沉积物物理参数结合EDFM计算得到。
因此,正演模型由10个模型参数组成,声速和衰减(以沉积物/海水声速比和损失参数形式给出)作为间接反演参数。
在高斯数据误差的假设下,本文基于似然函数建立目标函数,用以衡量反向散射强度测量值与模型预报值的失配。
一方面,为了求解目标函数的最优解,采用一种基于差分进化算法和粒子群算法的两级混合优化算法,以克服单一算法的缺点,有效提高反演结果的精度。
另
一方面,为了分析反演参数的不确定性和参数间的相关性,采用Bayesian反演方法,通过后验概率密度给出反演参数的边缘概率分布和协方差矩阵。
仿真研究表明,这种间接反演地声参数(包括声速和衰减,以沉积物/海水声速比和损失参数的形式给出)的方法,对地声参数的反演表现出较强的稳健性,特别是损失参数也能够得到令人满意的估计结果。
最后,根据实验测得的反向散射强度数据对池底沙质沉积物参数进行了反演,通过与取样测得的沙样品参数的比较来验证反演结果的可靠性。
测量的沙样品参数包括:孔隙度、平均颗粒粒度、颗粒质量密度、高频段声速和衰减系数。
在对沙质沉积物中声速和衰减系数进行取样测量时(频率范围90kHz-170kHz),提出一种基于脉冲压缩技术的宽带测量方法,通过一次测量即可获得测量频带内沉积物中声速频散和衰减的频率依赖关系。
与窄带测量结果的比较可以发现,声速和衰减系数的宽带测量结果存在一定的起伏,特别是衰减系数在测量频带的后半部分与窄带测量结果的偏差较大,这一现象可能是实验中所采用的宽带信号时延分辨率偏低,直达波对应的相关峰与邻近多途有所叠加的结果。
相比于仿真结果,根据实验数据得到的反演参数不确定性有所增大,部分参数间的相关性进一步减弱,这是数据误差总体上大于仿真情况的结果。
相比于取样测量结果,反演得到的孔隙度偏小,而高频段声速偏大,除数据误差的影响外,在取样、搬运和测量过程中,沉积物的堆积状态难免发生改变,致使实测的沉积物物理参数和地声参数与其实际参数值也会存在一定的差异。
此外,还对池底沙质沉积物低频段(0.5kHz-3kHz)声速进行了原位测量,实验结果表明大量气泡的存在会导致声速明显降低。