باز‌تعقیب شکل موج‌های مغشوش مشاهدات ارتفاع‌سنجی ماهواره سنتینل- 3 آ در مناطق ساحلی با الگوریتمی بر پایه تابع لجستیک (مطالعه موردی: شمال شرقی سواحل استونی)

به‌کارگیری تکنیک ارتفاع سنجی ماهواره ای به منظور پایش ارتفاعی آب های ساحلی مستلزم بهره گیری از روش های باز تعقیب شکل موج است. این الزام به دلیل تفاوت شکل موج اقیانوسی ایده آل و شکل موج های ساحلی مغشوش ناشی از عواملی چون عمق کم، وجود عوارض غیر آبی و ردپای بزرگ ارتفاع سنج ایجاد می شود. در این راستا، در پژوهش حاضر روش باز تعقیبی مبتنی بر تابع لجستیک به دلیل توافق هندسی و پارامتری این تابع با شکل موج های ارتفاع سنجی ماهواره ای معرفی‌شده است. این تابع با دو رویکرد تحلیلی (معادل با یک باز تعقیب گر ریاضیاتی) بر اساس برازش ریاضیاتی تابع به اولین موجک معنادار شکل موج و رویکرد عددی (معادل با یک باز تعقیب گر تجربی)  بر اساس انتخاب گیت باز تعقیب بهینه که به ازای آن تابع بیشترین همبستگی را با اولین موجک معنادار داشته باشد، مورد ارزیابی قرارگرفته است. علاوه بر روش پیشنهادی، رویکرد های باز تعقیب کل شکل موج اصلی، شکل موج میانگین، شکل موج با بیشترین همبستگی با استفاده از الگوریتم حد آستانه، تعقیب گر و باز تعقیب گر های موجود در داده های سطح دو نیز پیاده سازی شده اند. به منظور بررسی کارایی روش پیشنهادی، پایش ارتفاعی شمال شرقی سواحل استونی درگذر عبوری شماره 72 ماموریت سنتینل3آ با برداشت در حالت رادار دهانه مصنوعی از دوره 4 الی 45 معادل با بازه زمانی 2016/05/08 الی 2019/05/20، صورت گرفت. سری زمانی ارتفاع آب حاصل از رویکرد های باز تعقیب مورد بررسی با استفاده از داده های ارتفاع آب ایستگاه نوسان نگار محلی و پارامتر جذر خطای مربعی متوسط (rmse) ارزیابی شدند. نتایج مقدار rmse را برای رویکرد کل شکل موج اصلی 13 سانتی متر، شکل موج میانگین 30 سانتی متر، شکل موج با بیشترین همبستگی 21 سانتی متر به ازای حد آستانه بهینه و باز تعقیب گر بهینه سطح دو 18 سانتی متر، رویکرد تحلیلی تابع لجستیک 11 سانتی متر و رویکرد عددی تابع لجستیک 8 سانتی متر را معرفی کردند. نتایج ضمن بیان کارایی بهینه رویکرد عددی نسبت به رویکرد تحلیلی تابع لجستیک، برتری این روش پیشنهادی را نسبت به سایر رویکرد های باز تعقیب شکل موج مورد بررسی در این پژوهش نشان می دهد. از این رو تابع لجستیک را می توان به عنوان یک باز تعقیب گر کارا در دو جنبه ریاضیاتی و تجربی شناخته و در پایش ارتفاعی نواحی ساحلی مورد استفاده قرار داد. 

retracking contaminated waveforms of sentinel-3a satellite altimetry observations in coastal areas by an algorithm based on logistic function (case study: northeastern coastals of estonia)

the use of satellite altimetry to monitor sea surface height (ssh) in coastal regions requires using retracking methods to correct the range of altimeter. this issue is caused by the difference between the ideal ocean waveform and the coastal confused waveform affected by some factors such as shallow depth, the presence of non-aquatic effects, and the large footprint of the altimeter. in this regard, in this study, the retracking method based on the logistic function has been proposed due to the geometric and parametric agreement of this function with the satellite altimetry waveforms.this function has two analytical approaches (equivalent to a mathematical retracker) based on the mathematical fitting of the function to the first meaningful sub_waveform of the waveform and a numerical approach (equivalent to an experimental retracker) based on selecting the optimal retracker gate, for that the function has the highest correlation with first meaningful sub_waveform of the waveform. besides the proposed method, retracking approaches of full waveform, mean waveform, and waveform with the highest correlation based on threshold retracking method, the tracker and retrackers available in the level-2 data are also implemented. in order to check the effectiveness of the proposed method, the monitoring of ssh in the northeastern coast of estonia using the sentinel-3a mission, pass number of 72, with sar mode from the cycle of 4 to 45, equivalent to the period of 05/08/2016 to 05/20/2019 is done.  the ssh time series obtained from the retracking approaches are compared with the in situ tide gauge data using root mean square error (rmse) as a statistical parameter. the results of the rmse value for retracking approaches of the full waveform is 13 cm, the mean waveform is 30 cm, the waveform with the highest correlation is 21 cm by the optimal threshold in threshold retracking, optimal level-2 data is 18 cm, the analytical approach of the logistic function is 11 cm, and numerical approach of the logistic function is 8 cm. the results show that the numerical approach of the logistic function has optimal efficiency by comparing it with the analytical approach of this function. moreover, this approach has superiority over other retracking methods checked in this research. therefore, the logistic function can be recognized as an effective retracker method in both mathematical and experimental aspects and it can be used in the ssh monitoring of coastal areas.