朱敏慧

(中國科學院電子學研究所 北京 100190)

1 引言

海洋時刻都在涌動著、周而復始的運動。對動力激發(fā)諸如風、水中航行體和潮汐、洋流等，造成了海表面微小尺度分布的變化，采用空間SAR遙感手段獲取海洋大范圍的變化信息具有明顯優(yōu)勢。

以電磁波與海表面波浪的相互作用為基礎，電磁波散射完全是由海面的小尺度拓撲結(jié)構(gòu)(張力波和短重力波)和大尺度海浪的局部坡度決定。海洋動力探測是由于動力激發(fā)造成復雜的海洋現(xiàn)象產(chǎn)生了海表面粗糙度變化，海洋表面的雷達圖像使我們可以確定那些直接或間接影響海面粗糙度的動態(tài)結(jié)構(gòu)，包括：內(nèi)波、淺灘上潮夕流、漩渦、洋流、工業(yè)排污、自然和人為海上災害、航行中的艦船等。目前海洋遙感學者致力于將空間 SAR遙感成功地應用于海洋觀察，力圖解決以下問題：海洋表面擾動參數(shù)的確定(包括：近表面風速、波浪的高度和運動方向等)；全球范圍海洋表面狀態(tài)的確定，進行氣象探測和災害評估預報；內(nèi)波及大尺度海流、洋流邊界的勘測和預報；海洋表面污染區(qū)域的狀態(tài)和快速確定；水域的快速控制和監(jiān)視，以發(fā)現(xiàn)行進中人工航行體，導航和海難事故監(jiān)控。

本文工作是在近幾年來深入研究海面微波散射特性和 SAR 的海面成像機理[1]基礎上開展基于SAR 圖像的海洋動力探測的探索和研究。其思路是為對 SAR的海面圖像正確解譯，發(fā)現(xiàn)和挖掘科學問題，由海洋動力學理論求解科學問題，以此研究海洋現(xiàn)象/動力過程的SAR圖像的理論表達，進行統(tǒng)計和水動力分析，認識海洋現(xiàn)象和相應規(guī)律，建立和逐步完善預報模型，并通過仿真試驗和海上試驗驗證，以此研究和提升SAR系統(tǒng)探測能力，拓展SAR的海洋觀察應用。限于各方面條件約束，本文僅對內(nèi)波、水下地形波和船只尾跡的基本概念、主要的 SAR成像特征和物理參數(shù)反演等作一簡要闡述。

2 內(nèi)波探測研究

海洋隨機多變，在眾多復雜的海洋現(xiàn)象中，內(nèi)波是一種中尺度自然現(xiàn)象，在其生成、傳播、衰亡過程中其動力過程對海洋現(xiàn)象有著重要影響。特別是我國東南沿海和南海，內(nèi)波活動更是頻繁出現(xiàn)。對內(nèi)波形成機制和時空分布的研究顯得尤為重要，國內(nèi)外學者往往把我國南海的呂宋海峽區(qū)域作為研究內(nèi)波的典型案例。

大幅度內(nèi)波在傳播過程中產(chǎn)生的擾動可導致海水強烈幅聚和突發(fā)性的強流，它們的剪切效益有可能對海洋工程、石油鉆井平臺和海底石油管道造成嚴重危險。在1990年夏的東沙島附近，當內(nèi)孤立波經(jīng)過時，石油鉆井機難以操作，瞄定的油罐箱在不到 5 min內(nèi)擺了110°[2]；安德曼海的一個石油鉆井機曾遭內(nèi)波襲擊被推移了90°，挪動了30.48 m[3]。因此海洋工程設計和實施時必須考慮內(nèi)波的影響。

大振幅的內(nèi)波也可能對水下潛艇航行時造成災難性后果。人們一直懷疑1969年美國“長尾鯊”號核潛艇的失事可能由于振幅為100 m的內(nèi)孤立波使其迅速下沉到超過可承受深度造成的[4]。

內(nèi)波會改變聲信號在海水中傳播路線，直接影響水聲信道，內(nèi)波產(chǎn)生的強烈流場會影響水下武器的發(fā)射以及水下聲吶的通訊和探測。

內(nèi)波在陸架區(qū)的破碎引起海水的垂直混合，將底層富含營養(yǎng)鹽的海水帶到表層，給浮游動植物提供營養(yǎng)，這給海洋漁業(yè)起到積極作用。此外內(nèi)波中存在的非線性現(xiàn)象也是一個良好的非線性理論研究對象。因此對內(nèi)波的探測在保護、開發(fā)和利用海洋資源方面、海洋工程和軍事安全等方面都具有非常重要的應用價值。

2.1 海洋內(nèi)波探測現(xiàn)有物理基礎

內(nèi)波發(fā)生的機制復雜，海域?qū)踊Y(jié)構(gòu)、海底地形地貌以及擾動源的激勵是產(chǎn)生內(nèi)波的必要條件。它的能量巨大，出現(xiàn)區(qū)域相對固定，且最大振幅出現(xiàn)在海面以下，幾乎不引起表面高度的變化。

大量的實驗和理論研究表明，SAR對海洋內(nèi)波的成像主要通過以下3個物理過程[5,6]：內(nèi)波傳播引起海表層流場發(fā)生輻聚或輻散效應；變化的表層流與風致海表面微尺度波之間的相互作用，該過程改變了海面粗糙度；海面微尺度波與雷達波之間的相互作用，該過程決定了海面雷達后向散射特性變化。

以上成像機理是構(gòu)成 SAR海洋內(nèi)波探測的現(xiàn)有物理基礎(如圖1所示)。

通常 SAR海洋內(nèi)波遙感模擬模型由非線性自由長內(nèi)波的KdV方程、作用量譜平衡方程和布拉格散射模型發(fā)展由來，它們分別描述SAR的海洋內(nèi)波成像的3個物理過程。

2.1.1 KdV 方程 非線性自由長內(nèi)波在水平方向(x方向)的傳播過程可以用KdV方程描述[7－9]，其表達式為

圖1 內(nèi)波、表面波與SAR成像關(guān)系的示意圖

其中，η為內(nèi)波縱向位移，t為時間，參數(shù)0,,1,,C α α β κ和ε分別為線性項(即線性波波速)、一階非線性項、二階非線性項、彌散項、淺水項和耗散項的系數(shù)。

內(nèi)波的垂向(z方向)結(jié)構(gòu)近似由無量綱結(jié)構(gòu)函數(shù)Z(z)確定，在(1)不考慮平均流、(2)不考慮地球自轉(zhuǎn)和(3)Boussinesq近似條件下，Z(z)滿足本征值方程[10]

其中Ω為內(nèi)波角頻率，K為內(nèi)波波數(shù)，h為海水深度，N(z)為Brunt-V?is?l?頻率

由于海水密度在密度躍層附近很小的范圍(Δh)內(nèi)變化很大，而在其它深度變化很小，因此Brunt-V?is?l?頻率在躍層附近有一個極大值，而在躍層以外其值很小。于是，可以假定海洋由二層理想水體構(gòu)成，一個在躍層以上，一個在躍層以下。對于混合層(上層)深度為h1，底層(下層)深度為h2的二層海洋系統(tǒng)，式(4)-式(6)可簡化為[8]

其中，Δρ=ρ2?ρ1為下層與上層海水密度之差，ρ為海水平均密度，線性波波速C0可由最低型內(nèi)波的彌散關(guān)系得到

由式(7)可知，h1=h2時，α=0，此時一階非線性項消失，二階非線性項才需要加以考慮，一般情況下，該項可以忽略不計。由于淺水效應項的系數(shù)κ 很小，大約為?2×10?5s?1，因而該項也可以忽略[8]。

求解式(1)，可得到以下穩(wěn)定態(tài)孤立波解：

其中η0為內(nèi)波最大振幅，內(nèi)波相速度Cp和內(nèi)波半振幅寬度l(此時 η=±0 .42η0)分別為

由式(7)可知，當 h1＜h2時，α ＜0，式(11)取負號，此時的內(nèi)波稱為下降型內(nèi)波；當 h1＞h2時，α＞ 0，式(11)取正號，此時的內(nèi)波稱為上升型內(nèi)波。

于是，內(nèi)波傳播引起的表層流在x方向上的流速可用下式表示[11]

其中，對于下降型內(nèi)波和上升型內(nèi)波，式(14)分別取正、負號。

2.1.2 作用量譜平衡方程 一般來說，SAR 圖像上可觀測到的內(nèi)波，其波長大于幾百米[12]。它們引起的表層流變化的時空尺度遠大于海表面微尺度波的時空尺度，因此，表層流對海表面微尺度波的調(diào)制作用可用 Wentzel-Kramers-Brillouin弱相互作用理論來描述。根據(jù)這個理論，緩慢變化流場中的微尺度波能譜密度的變化滿足以下作用量譜平衡方程[13,14]

其中A(r,k,t)=Ψ(r,k,t)/ω′為作用量譜，r=(x,y)為空間變量，k為微尺度波波數(shù)，S(r,k,t)為源函數(shù)，Ψ(r,k,t)為能譜密度，ω′為微尺度波的固有頻率，滿足以下關(guān)系：

為方便起見，在4維相空間中求解式(15)。在4維相空間中，Bragg波沿以下射線方程確定的軌跡傳播，

其中ω(r,k,t)=ω′(k)+ k? U(r,t)為觀測頻率或表視頻率，U(r,t)為表層流速。

由于緩慢變化的表層流場可看作定常項U0與含時微擾項δU(r,t)之和，它所導致的作用量譜的變化也可看作是定常項A0(k)與含時微擾項 δA(r,k,t)之和，即

同時，微擾源函數(shù)S可近似表示為[5]

其中μ稱為張弛率或波成長率，其倒數(shù)τr具有時間的量綱，也叫做張弛時間，它表征作用量譜受到微擾后回到其平衡點所需時間。

將式(18)-式(21)代入式(15)中，求解并只保留一階項，可得

其中cg=? ω′/?k 為微尺度波的群速度，A0(k)為其平衡作用量譜。

2.1.3 布拉格散射模型 由于SAR入射角θ為20°-70°，海面對雷達波的后向散射以Bragg散射為主，此時，正比波數(shù) σ0為 ±2 kRsinθ 的 Bragg波的能譜密度Ψ之和，即

其中kR為雷達波數(shù)，M為散射系數(shù)，可由Bragg散射理論計算得到。假設Ψ為Phillips平衡譜形式，即Ψ ∝ k?4。由式(22)和式(23)，以及作用量譜與能譜密度的關(guān)系A=Ψ/ω′，可得到[13]

其中Δσ0=為內(nèi)波海面的雷達后向散射截面 σ0與背景海面的雷達后向散射截面之差，雷達視向在水平方向的投影為n方向，γ為Bragg 波群速度與相速度之比，即

將式(16)代入，可得

由上式可知，對于重力波，γ=1/2；對于表面張力波，γ=3/2。

設內(nèi)波傳播方向(x方向)與雷達視向的夾角為φ，如圖2所示，則式(24)可表示為

將式(14)代入式(27)，得到

其中x ′=x?Ct 為隨內(nèi)波一起運動的坐標系，正、負號分別對應于下降型內(nèi)波和上升型內(nèi)波。對于由海面風產(chǎn)生的海表面微尺度波而言，其波向與風向基本一致。因此，式(28)中的張弛率可表示為[13]

式(28)是由 KdV方程、作用量譜平衡方程和Bragg散射模型導出的SAR內(nèi)波遙感模擬計算模式。

2.2 我國沿海內(nèi)波時空分布

歷史上，我國內(nèi)波現(xiàn)場觀測資料貧乏。自歐空局“ERS-1/2”，“EVISAT”，加拿大“RADARSAT-1/2”等等星載SAR以及機載SAR投入業(yè)務化運行后，在我國的南海、東海和黃海都觀測到內(nèi)波，引起美國、俄羅斯和歐洲的內(nèi)波動力學專家和海洋遙感專家以及海軍的高度關(guān)注。美國海軍研究署科學顧問Apel稱中國南海北部海域是研究非線性內(nèi)波的天然實驗室。

作者所在課題組結(jié)合SAR內(nèi)波成像機理研究，對中國海內(nèi)波的時空分布作了統(tǒng)計分析，收集了1994年至2004年的389幅圖內(nèi)波SAR衛(wèi)星圖像數(shù)據(jù)，圖2展示了覆蓋十年衛(wèi)星圖像的中國海內(nèi)波分布圖。

圖2 十年尺度衛(wèi)星圖像中國海內(nèi)波分布

圖3分別表示對黃海、東海、臺灣、東沙島海域和海南島海域統(tǒng)計全年衛(wèi)星圖像的內(nèi)波出現(xiàn)概率分布，內(nèi)波出現(xiàn)了季節(jié)性變化。由于海水密度的有效層結(jié)常年存在，只是隨著季節(jié)的不同，層結(jié)的結(jié)構(gòu)和深度有相應的變化。夏季海洋表面由于吸收了太陽輻射的熱量，密度降低，溫度要高于海洋下層，內(nèi)波出現(xiàn)主要集中在夏季，占有70%；冬季發(fā)生很少，春季和秋季為過渡周期，分別出現(xiàn)18%和11%；在冬季期間，因為海表面熱量大量散耗，層化結(jié)構(gòu)下移，密度躍變率減小，會造成內(nèi)波出現(xiàn)概率減小。

2.3 海表面風是影響內(nèi)波成像的一個重要因素

內(nèi)波的波長、波高、波動周期和能量都分布在很寬范圍內(nèi)，根據(jù)中歐對地觀察合作的龍計劃基于SAR遙感的我國沿海內(nèi)波觀察研究項目[14]報告，對南海北部海域作了分析研究，內(nèi)波傳播速度在 0.3 m/s到 3.0 m/s范圍，內(nèi)波幅度在2 m到170 m范圍內(nèi)。同時又收集了2000年至2007年間平均風速資料，圖4和圖5所示可以說明從4月到9月平均風速在6.5 m/s左右，10月到次年3月平均風速在9.5 m/s，由此可以看到內(nèi)波被觀察到的可能性的季節(jié)性原因還同風速有很強的關(guān)聯(lián)。在高的風速條件下，由于SAR的信噪比低，內(nèi)波信號太弱，這也是冬季難以被觀察到的一個原因。

圖3 我國黃海、東海、臺灣、東沙島海域和海南島海域內(nèi)波按月份時空分布

圖4 南海北部海域按月份平均風速分布

圖5 南海北部海域按月份出現(xiàn)內(nèi)波事件情況

2.4 內(nèi)波參數(shù)估計

作者所在的課題組在“十五”期間開展了大規(guī)模海上試驗，利用電子所研制的機載SAR獲取了很多寶貴試驗數(shù)據(jù)，特別是獲取了難得可貴的時間序列的內(nèi)波圖像，促進了內(nèi)波成像特性和傳播特性的研究，對有關(guān)SAR圖像內(nèi)波探測研究[16]作了詳細闡述：

(1) 開展內(nèi)波SAR成像機理研究，研究激勵機制和傳播特性，研究海洋環(huán)境參數(shù)、雷達參數(shù)對SAR成像的影響；

(2) 開展內(nèi)波參數(shù)反演研究，從SAR圖像中提取內(nèi)波波長、波向、相速度和振幅等參數(shù)。

圖6 是1998年6月12日ERS-2一幅我國南海區(qū)域 SAR圖像，展示了亮暗條帶分別代表內(nèi)波的波峰和波谷。由式(28)，式(29)，內(nèi)波的波長、傳播速度、傳播方向、位置和成像時間都能夠從SAR圖像中估算出來。圖7 給出它的內(nèi)波在傳播方向的強度表達。

圖6 典型內(nèi)波SAR圖像

圖7 單包內(nèi)波傳播方向強度

3 水下地形探測研究

水下地形和水深是海洋環(huán)境一個重要要素。水下地形的探測對于海上油氣勘探和開采、海上交通運輸和海洋捕撈、海底管道與光纜鋪設、經(jīng)濟和軍事活動等都有著重要意義。自美國Seasat入軌以來，許多國家都相繼開展了星載 SAR水下地形探測研究，其中有Alpers和Hennings提出了SAR水下地形探測理論模型和應用解譯。由于海洋中有許多不確定復雜因素，事實上，難以用一個完善模型來精確描述海面現(xiàn)象的雷達后向散射過程。目前得到公認的是流經(jīng)水下地形的潮流對海表面微尺度波的動力調(diào)制是SAR水下地形成像機理，主要通過以下3個物理過程：

(1) 潮流與水下地形之間相互作用，引起海表層流場發(fā)生輻聚或輻散效應；

(2) 變化的表層流與風致海表面微尺度波之間的相互作用，該過程改變了海面粗糙度；

(3) 海面微尺度波與雷達電磁波之間的相互作用，該過程決定了海面雷達后向散射特性變化。

以上成像機理是構(gòu)成 SAR淺海水下地形探測的現(xiàn)有物理基礎。將雷達后向散射截面與水下地形通過大尺度波流相互作用聯(lián)系起來構(gòu)成仿真模型不在此贅述。

如圖8所示，海底地形改變了海洋中流場分布，會間接地對海面粗糙度產(chǎn)生影響，從而在SAR圖像上顯示亮暗間隔灰度不同的圖像。南海呂宋海峽區(qū)域內(nèi)波在不同季節(jié)各異形態(tài)同時也是它的水下地貌特征造成的最佳說明。

圖8 海底地形映射在圖像上強度分布

下面是Zheng Quanan提供的一個案例[17]，圖9為1995年6月3日ERS-1的臺灣海峽南部淺灘圖像，成像時淺灘潮流流向由西南向東北為45°，流速為 0.7 m/s，海面風向與潮流流向一致，風速 2.3 m/s。

圖10給出了反演結(jié)果，可以看到淺灘高低不等，地形復雜，散布著數(shù)以百計的沙波，沙波寬度和長度各異，水深最淺不到20 m，深處也有100 m。

4 水面艦的探測研究

圖9 臺灣淺灘SAR圖像

圖10 臺灣淺灘水深反演示例

水面船只航行會引起開爾文波、湍流、波浪破碎等水動力擾動，在海水密躍層較淺的情況下還會引起內(nèi)波現(xiàn)象。水面艦尾跡分布范圍廣、持續(xù)時間長，含有豐富的目標幾何特征和運動參數(shù)信息。由于尾跡的水面表征包含水面艦的主要運動狀態(tài)(包括勻速、變速、變向運動)、擾動類型(體積效應，推進器效應等)，主要航速范圍和參數(shù)范圍，以及包含主要的海洋環(huán)境條件(包括風速和背景波浪場)信息，因此研究SAR系統(tǒng)對海洋觀察應用，從SAR圖像中提取尾跡信息是對行進中的人工航行體的檢測和識別的最好選擇。

4.1 水面艦尾跡的類型

水面艦的尾跡是典型分布目標，航行中對周圍水介質(zhì)的擾動表現(xiàn)為多種形式，如：船體行進引起海水的分流和并流、推進系統(tǒng)對水的噴射和拍打、引起內(nèi)波振蕩和聲波等。艦船尾跡的特征取決于船體類型及其運動參數(shù)和海洋環(huán)境物理要素。在不同的條件下，運動船只的尾跡特征有多種表現(xiàn)形式，可以分為3大類：(1) 船產(chǎn)生的表面波；(2) 湍流或渦流尾跡；(3) 船產(chǎn)生的內(nèi)波。光學和SAR遙感手段都能觀察到。但唯有船產(chǎn)生的表面波中另一種子范疇即短波，直接被 SAR通過布拉格散射成像看見，這是 SAR固有的特征，有別于光學圖像，在SAR圖像中表現(xiàn)為窄V尾跡。艦船尾跡主要分類及特征在表1中作了簡要歸納。

表1 艦船尾跡分類及特征

4.2 尾跡的成像特征

海浪是尾跡賴以存在的背景，通常艦船尾跡散射系數(shù)的反差在 SAR圖像上表現(xiàn)明顯，為了研究SAR圖像上對艦船運動狀態(tài)判斷和參數(shù)提取方法，有必要從尾跡形成機理出發(fā)，深入分析尾跡在SAR圖像上表現(xiàn)特征，以獲取影響這些特征的各類要素的定量關(guān)系，下面僅僅是概要描述各類尾跡主要特點。

4.2.1 開爾文尾跡 開爾文尾跡波屬于長重力波，是水中運動體常見的一種“V”型尾跡，“V”的二臂呈“胡須”狀，構(gòu)成分歧波，夾角為恒定的39°，尖頭波具有最大的幅度，位于尾跡角19.5°的兩條線頭部。開爾文尾跡的表面起伏最大的區(qū)域位于船跡兩側(cè)尾跡角 16°≤β≤19.5°內(nèi)，如圖 11。在風速介于 3 m/s和10 m/s可被SAR發(fā)現(xiàn)，如圖12所示。

從SAR圖像上艦船速度反演，當船速Us沿?x傳播方向航行，產(chǎn)生的“自由”表面波沿著與x軸夾角為φ的不同角度傳播，尾跡波高可描述為這些平面波的疊加[18]：

圖11 開爾文尾跡分布

圖12 開爾文尾跡SAR圖像

其中，kK(φ)[ x cos φ+y sin φ]是相位函數(shù)，kK(φ)=kK?sec2φ是沿著與 x軸夾角φ傳播的波分量的波數(shù)，Re[ ]表示取實部，F(xiàn)(φ)是復數(shù)值，表示船的特征參數(shù)。

尾跡的相速度和波長為

可以看到開爾文尾跡波高與船體結(jié)構(gòu)、排水量和吃水深度有關(guān)，尾跡波波長與船速度成正比。

4.2.2 湍流尾跡 湍流尾跡是由船體和推進器對船后周圍水體擾動產(chǎn)生短波的會聚和發(fā)散造成的，船后十分龐大的圓錐水體在海面上的映波，時間持久范圍廣大。圖13為湍流尾跡生成示意圖，湍流抑制了海面表面波的高頻分量，減少了雷達后向散射，在SAR圖像上顯示長長的暗條，有時會延伸幾十公里，在風速介于3 m/s和10 m/s之間時可被SAR發(fā)現(xiàn)，圖14所示，有時伴隨的亮臂可能是船體推進器造成的渦流引起的。

圖13 湍流尾跡生成示意圖

圖14 湍流尾跡SAR圖像

然而當船體具有沿著雷達照射方向的速度分量時，湍流尾跡是較穩(wěn)定的，幾乎不會在SAR圖像中偏移，所以相對于雷達具有徑向速度分量運動的艦船似乎離開了其尾流。如果船的速度分量指向雷達，則船只看上去在雷達運動的方向上發(fā)生了移動。因此根據(jù)船的強反射點偏移湍流尾跡軸線的距離可以反演出船速。

4.2.3 窄V尾跡 窄V尾跡主要是船體擾動引起的短布拉格共振紋波所致。隨著船向前航行，會在每個點都輻射出一列環(huán)形波，其幾何描述如圖15。

圖15 窄V型尾跡波模式圖

每個散射中心的波以它們的群速度沿著輻射線向外傳播，因此雷達可以在相對于船的航行軸的任何視線角檢測到這種短波，由于長波比短波傳播的速度快，因此處于長波和短波之間某一位置的波長為λB的波會與雷達信號發(fā)生布拉格共振，共振點沿著雷達照射方向分布于環(huán)形兩側(cè)，隨著離船距離的不同，這些共振點沿著兩條直線分布，直線夾角與船的速度、雷達頻率、雷達入射角和雷達與船的相對方向等因素有關(guān)。

尾跡角決定于短波群速度與船速的比，即其中cg是布拉格波的群速度。它要求海面平靜，在風速小于3 m/s時可被SAR發(fā)現(xiàn)，如圖16所示，因此一般不多見。

4.2.4 內(nèi)波尾跡 內(nèi)波尾跡與海水層化結(jié)構(gòu)有關(guān)，其主要特征是表面流場速度大，而波幅很小。當有強的淺的密度躍層存在時，水面艦船船體的位移或船體產(chǎn)生的渦流會產(chǎn)生內(nèi)波尾跡。內(nèi)波尾跡引起的表面粗糙度特征為一對對相鄰的非常粗糙和光滑條紋，在相應的雷達圖像均勻背景上出現(xiàn)一對對相鄰的明暗條帶，尾跡很長，如圖17所示。在每個水平面內(nèi)的內(nèi)波尾跡具有相同形狀，但幅度隨著深度變化。

當水深一定時，隨著密度躍層的深度不同，所得到的內(nèi)波尾跡的強度和夾角也有所不同，按照線性理論，內(nèi)波的傳播速度為

則內(nèi)波尾跡夾角β與艦船速度Us之間的關(guān)系為

從上所知，深入研究航行中的艦船尾跡生成機理、尾跡與海洋背景相互作用、雷達發(fā)射的電磁波對海表面波流調(diào)制的3個主要物理過程，是完整理解和解譯艦船尾跡的SAR圖像特征，建立對艦船尾跡檢測和識別的依據(jù)。

5 結(jié)束語

圖16 窄V型尾跡SAR圖像

圖17 艦船內(nèi)波尾跡SAR圖像

以遙感作為技術(shù)基礎的對地觀測系統(tǒng)在經(jīng)歷了四十余年的磨礪之后已跨入了一個嶄新的時期，海量數(shù)據(jù)的不斷積累，技術(shù)的不斷進步、新的創(chuàng)新不斷涌現(xiàn)，成就了今天遙感對地觀測在全世界的輝煌。以數(shù)以千計的衛(wèi)星和飛機作為平臺，載著各種先進觀測設備對地球進行著全面的觀測。其中作為微波主動遙感器的 SAR以其獨特優(yōu)勢成為其中不可替代的重要手段，它們觀測的尺度從宏觀的全球到局部的細節(jié)，觀察周期從全球動態(tài)季節(jié)變化到瞬態(tài)突發(fā)事件抓捕，所獲取的數(shù)據(jù)對人類認識地球，探索和拓展發(fā)展空間，掌握全球動態(tài)變化，提高對解決社會進步?jīng)Q策的科學性，保障國家安全發(fā)揮了重大作用。

進入21世紀以來，在陸地有限資源的利用已經(jīng)接近極限，人類賴以生存基礎遭到極大危機之際，以開發(fā)和占有海洋資源為核心成為國家政治經(jīng)濟活動焦點。海洋是地球上最主要的未充分開發(fā)利用的資源寶庫，一方面海洋與氣候變化研究、海底動態(tài)與地震研究、海洋生態(tài)系統(tǒng)研究等全球尺度海洋大科學研究是必要的重之重，另一方面海洋生物技術(shù)和深海技術(shù)等海洋高技術(shù)領域快速發(fā)展，一些發(fā)達國家的深潛技術(shù)突破了萬米，我國“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器也在今年下潛 7000米級海試，海洋立體監(jiān)視、監(jiān)測能力受到極大重視，正在致力于覆蓋全球大洋。

根據(jù)國家海洋科學和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃，組成以可見光、紅外探測水色水溫為主的海洋一號水色衛(wèi)星；以微波探測海面風場、海面高度和海溫為主的海洋二號動力環(huán)境衛(wèi)星和以多光譜成像儀、合成孔徑雷達、微波散射計、輻射計、雷達高度計等多種遙感器為主載荷的海洋三號環(huán)境綜合衛(wèi)星；以及地面應用系統(tǒng)和海上輻射校正與真實性檢驗試驗場為規(guī)模，形成以我國海洋衛(wèi)星為主導的主體海洋空間監(jiān)測，期待著 SAR的動力探測研究取得豐碩成果，在海洋經(jīng)濟、維護海疆主權(quán)和權(quán)益中發(fā)揮重要作用。

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