Sea Surface Roughness Estimation Using a UAV

Elizabeth A. Shi

doi:10.1109/LGRS.2025.3628993

Sea Surface Roughness Estimation Using a UAV

2025-01-01

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DOI：10.1109/LGRS.2025.3628993

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本论文研究了利用无人机（UAV）获取的垂直电磁（EM）场对海面粗糙度的估计。采用双通道基于软件定义无线电（SDR）的接收器（RX）载荷来测量垂直电磁场。海面粗糙度会影响表面反射的强度，导致由直接场和表面反射场之间的相干和不相干干涉在各个高度产生零点和峰值。模拟电磁场使用带有Miller–Brown粗糙表面模型粗糙度减小因子的球形地球模型创建。通过测量的峰值-零值比来估计有效波高（$H_{s}$）。无人机反演算法的准确性在美国加利福尼亚州蒙特雷2021年6月至9月期间的沿岸陆-空-海相互作用（CLASI）试验中进行了测试。设计了一个基于定制低噪声放大器-限幅器电路和SDR的EM RX载荷。该系统部署在Aero Systems West六旋翼无人机上，该无人机最大载荷能力为20 kg。同时，通过多个浮标的海浪线数据测量$H_{s}$。基于无人机的反演方法在CLASI试验中能够以8%的均方根（rms）误差估计$H_{s}$。同时，还研究了低层大气波导效应对$H_{s}$估计的影响。

Keyword:

Atmospheric ducting

Coastal Land–Air–Sea Interaction (CLASI)

electromagnetic (EM) propagation

lower atmospheric propagation

remote sensing

significant wave height

surface roughness

uncrewed aerial vehicle (UAV)

Sea Surface Roughness Estimation Using a UAV

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