摘要
海洋蕴藏着人类远未认知和开发的巨大能量，海洋探测对于促进海洋资源永续利用、海洋生态系统平衡和沿海地区经济增长具有深远意义，是实现人类社会可持续发展的重要途径。合成孔径雷达（SyntheticApertureRadar,SAR）对海观测技术的蓬勃发展为海洋探测带来崭新的机遇，成为不可或缺的海洋探测手段。 现有的SAR海洋探测方法通常基于海面散射特征，然而，SAR海面散射为弱散射，且受雷达系统噪声和海况的影响，导致在某些情况下，仅基于散射特征难以有效地探测海洋。SAR多普勒频移是联系海表运动和海面散射特征的重要纽带，蕴含着基于散射特征难以获取的海表运动信息，在海洋动态场景探测中前景广阔。为此，本文探索多普勒频移在SAR海洋探测中的应用，主要工作和创新点如下: （1）针对多普勒速度估计易受方位模糊影响的问题，建立了方位模糊影响下的SAR多普勒速度估计模型，定量分析了方位模糊对多普勒速度估计的影响，提出了一种基于方位模糊抑制的SAR多普勒速度估计方法。 准确的多普勒速度估计结果是其得以有效应用的前提，然而，SAR成像中固有的方位模糊会降低多普勒速度估计的性能。针对这一问题，建立了方位模糊影响下的SAR多普勒速度估计模型，定量分析了方位模糊对多普勒速度估计的影响;提出了一种基于方位模糊抑制的SAR多普勒速度估计方法，该方法将SAR数据局部方位模糊比引入至用于多普勒谱拟合的正则化函数中，在有效抑制方位模糊的同时最大程度地保留了主信号频谱成分。通过国产高分三号（Gaofen-3,GF-3）卫星SAR数据验证了方法的有效性。 （2）针对SAR图像中散射特征微弱的海洋锋难以探测的问题，提出了一种联合SAR幅度和多普勒速度的海洋锋检测及锋区宽度反演方法。 受雷达系统参数和海况的影响，海洋锋有时散射特征微弱，致使基于SAR幅度图难以对其进行检测，针对这一问题，提出了一种联合SAR幅度和多普勒速度的海洋锋检测方法，该方法充分利用SAR幅度图的高分辨率特性和多普勒对于海表速度的良好捕捉能力，将海洋锋在空域表现的散射特征与其在多普勒域表现的流场梯度特征进行联合检测，解决了SAR图像中散射特征微弱的海洋锋难以检测的问题;针对散射特征微弱的海洋锋的锋区宽度难以反演的问题，依据锋区流场速度变化规律，提出了一种基于多普勒速度的海洋锋锋区宽度反演方法。使用GF-3卫星SAR数据验证了上述两种方法的有效性。 （3）针对SAR图像中散射特征微弱的海洋涡旋难以探测的问题，提出了一种基于SAR多普勒速度的海洋涡旋检测及涡旋最大旋转速度半径反演方法。 受雷达系统参数和海况的影响，海洋涡旋有时散射特征微弱，致使基于SAR幅度图难以对其进行检测，针对这一问题，提出了一种基于SAR多普勒速度的海洋涡旋检测方法，该方法在统计海表多普勒速度分布的基础上，结合涡旋中心处海表多普勒速度大小特征和速度变化规律检测涡旋，同时引入信号的“谐波比”以减小低信噪比(Signal-to-NoiseRatio,SNR)区域对检测的影响，实现了对SAR图像中散射特征微弱的海洋涡旋的检测;针对散射特征微弱的涡旋的最大旋转速度半径难以反演的问题，依据海洋涡旋速度变化规律，提出了一种基于多普勒速度的海洋涡旋最大旋转速度半径反演方法。使用ENVISAT卫星SAR数据验证了上述两种方法的有效性。
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