[发明专利]一种快速提取南极航空冰雷达数据中冰面与基岩界面的系统

说明书

本发明提出了一种快速提取南极航空冰雷达数据中冰面与基岩界面的方法，其包括剖面图显示优化模块与冰面/基岩界面提取模块，剖面图显示优化模块首次采用多效果优化融合的手段，可以使剖面图中界面信息更加清晰，而发明的半自动界面提取模块可以快速、准确的得到界面参数，对于南极航空观测现场数据的分析、处理具有重要意义。

技术领域

本发明涉及雷达冰川学领域，具体涉及到一种快速提取南极航空冰雷达数据中冰面与基岩界面的方法设计。

背景技术

在全球气候变暖的背景下，监测和评估极地冰盖的变化及其对全球气候和海平面的影响至关重要。由于航空平台具有数据获取效率高、可抵达区域广和覆盖范围大等优势，因此国际上多科考设备同步观测的航空地球物理调查成为主流手段，其中航空冰雷达更是从上世纪60年代开始广泛应用于极地冰盖调查。冰雷达发射的甚高频频段的电磁波对于冰体具有强穿透性，不仅可以用于识别冰盖下数公里厚的基岩界面，还可以获得高分辨率的冰盖内部冰层分布特征，是目前探测极地冰盖、冰架和冰川的冰岩界面、冰体内部结构和冰厚等几何特征的最主要的技术手段。通过冰雷达观测得到的极地冰盖厚度和冰下地形数据集，是冰盖和全球气候模拟研究的重要参数和边界条件。

因此，通过设计一种快速提取南极航空冰雷达数据中冰面与基岩界面的方法，可以有效提高航空观测现场冰雷达数据的分析与研究水平，为发现与解决冰川学科研问题提供了一种极为有效的手段。

发明内容

本发明提出了一种快速提取南极航空冰雷达数据中冰面与基岩界面的系统，其包括剖面图显示优化模块与冰面/基岩界面提取模块，剖面图显示优化模块首次采用多效果优化融合的手段，可以使剖面图中界面信息更加清晰，而发明的半自动界面提取模块可以快速、准确的得到界面参数，对于南极航空观测现场数据的分析、处理具有重要意义。

冰雷达剖面图以3200*n个像素(n为该段冰雷达数据的方位向采样数)进行显示，研究人员选定任意冰雷达数据后，每个像素的能量单位为1000dB，接下来对选定的冰雷达数据进行剖面显示优化：该模块共使用3种优化相结合的方法，包括多颜色映射显示、数据单道显示与降噪3种剖面图效果优化手段，先降噪再选择多颜色映射显示或者数据单道显示进行界面信息提取。通过上述方法即可获得界面清晰、噪声较小的冰雷达剖面图。多颜色映射方法可以为剖面图提供多种颜色以便研究人员更易发现剖面图中较难察觉的界面信息；数据单道显示将冰雷达数据单道图以剖面图中该道数据的显示长度进行同比例显示，使得研究人员可以直接横向对比单道图中波形的峰值对界面位置进行判断；通过人工干预，限制冰雷达数据能量的极值，降低冰雷达剖面图的噪音，进而提高冰雷达剖面图的成像效果。

冰雷达剖面图显示中，一般在冰面、中间层与基岩界面部分会导致信号反射能量的增加，这种区域显示颜色较为明亮，而信号反射能量较弱地方的颜色较为暗淡，因此，一般使用由明至暗的颜色映射进行冰雷达数据的显示。但是，有时候部分位置的冰情过于复杂，导致界面的反射能量显示的亮度难以辨认，因此，我们选择了暗灰色、亮红蓝色、翠绿色、灰白色、蓝红色与黄紫色这6种差异较大的颜色映射对冰雷达剖面图进行显示(颜色映射来源：http：//creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/)，多颜色映射可以让研究人员有多种选择对冰情复杂区域进行分析研究，有效提高了病情复杂区域的界面信息分辨能力。

冰雷达剖面图分析过程中，为了可以更加准确的对界面进行判断、分析，因此，采用了单道参考显示的研究方法，按同比例将冰雷达数据单道图在冰雷达剖面图中进行显示，使得研究人员可以直接通过单道图中波形的峰值对界面位置进行判断。

由于冰雷达本身系统原因，反射信号能量可能存在过大或过小的问题，这样就会在冰雷达剖面图中出现极亮或极暗的噪声，这种噪声极其影响成像效果，为了尽可能地减少其对冰雷达剖面图的影响，采用了缩小显示数据区间的方法，通过人为降低冰雷达数据中的最大值并提高冰雷达数据中的最小值，并经过研究人员多次手工调试与经验判断，选取冰雷达数据最优的最大值与最小值，这项操作可以有效提高冰雷达剖面图的成像效果，并提高有效信息的分辨率。