海浪全极化SAR成像模拟及海浪信息反演

根据随机海浪理论构造了包含涌浪的动态海面,采用映射投影算法模拟了海浪的全极化合成孔径雷达图像。在此基础上,从目标散射矢量解析与参数化理论出发,提出了一种使用全极化合成孔径雷达图像反演海浪波向、波长和波高等信息的新方法,该方法比现有的典型的单极化反演方法更加简便快捷。最后利用模拟的合成孔径雷达数据对该方法的有效性进行了验证。     

一种用于InSAR/INS组合导航的姿态角反演方法

平台的姿态信息对导航十分重要,但合成孔径雷达辅助惯导系统无法获得平台的姿态信息,单天线GPS（Global Positioning System）无法完成姿态测量的需求.针对以上问题提出基于条纹匹配的干涉合成孔径雷达辅助惯导的组合导航方法,该导航方法中干涉合成孔径雷达系统对平台的姿态角比较敏感,可以高精度地反演平台的姿态信息.本文通过分析平台的姿态误差对定位误差的影响,建立姿态角反演模型,根据条纹匹配得到的定位偏移结果,利用Levenberg-Marquardt（LM）算法求解非线性方程组完成平台姿态角的反演.最后通过仿真和干涉合成孔径雷达实际数据验证了姿态角反演模型的有效性.     

基于合成孔径雷达传感器的不规则建筑物高程反演方法的实现

针对城镇化复杂体高层建筑物反演方法的优化问题,提出合成孔径雷达传感器复图像对仿真方法,优化多基线高程反演过程。根据干涉合成孔径雷达传感器的几何关系,获取所需要的数字三维高程图,最后与实测数据对比分析,验证此方法的有效性。仿真实验与机栽N-SAR系统录入城市实测数据进行对比分析,结果表明：仿真结果与复杂体建筑物实际数据相符,验证此仿真方法的准确性与高效性；优化后高程反演结果更优,误差精度达到1m。     

单基线PolInSAR反演算法研究

极化干涉合成孔径雷达(PolInSAR)测量是一种集极化雷达(PolSAR)和干涉雷达(InSAR)测量技术于一体的新的对地观测技术,利用极化干涉雷达数据反演地表植被参数特别是森林的垂直结构参数是当前极化干涉研究的热点问题。经典的单基线PolInSAR反演算法是Cloude和Papathanassiou提出的三阶段反演算法,但是该算法在相干值估计、直线拟合和散射体去相干估计等方面都存在着误差,直接影响反演精度。该文提出了一种新的基于统计特征和PolInSAR相位最优化算法的反演算法,并采用PolInSAR模拟数据验证了该算法的有效性。     

基于Gabor小波变换的机载SAR海面风向反演方法

给出了一种基于Gabor小波变换的机载合成孔径雷达（SAR）海面风向反演的新方法。该方法利用Gabor小波对SAR图像进行二次小波分解,并对小波系数作FFT变换来获取图像谱,其低波数谱连线的垂线方向就是海面风场的风向。利用该方法获得了SAR图像海面风向信息,并与àtrous算法反演结果、浮标测得的海面风向（真值）进行了比较。实验结果表明,采用该方法获得的机载SAR海面风向反演结果与海面浮标实测数据吻合,比àtrous算法有较大改进。     

合成孔径雷达简缩极化干涉数据的植被高度反演技术研究

该文提出了一种利用合成孔径雷达简缩极化干涉数据进行植被高度反演的三阶段方法。将全极化干涉数据处理中的相干最优方法引入简缩极化干涉数据处理,由相位最优相干系数对应的最优相位获得体去相干系数和地表相位的初始估计,利用相干区域边界提取方法更新体去相干系数,得到精确的植被高度估计值。采用欧空局提供的L波段的模拟全极化干涉数据构造简缩极化数据集,将该数据用于植被反演,反演结果验证了提出方法的有效性。     

基于极化干涉SAR 反演植被高度的改进三阶段算法

利用极化干涉合成孔径雷达(Polarimetric Interferometry SAR, PolInSAR)数据反演森林参数问题为当前PolInSAR 研究的热点问题。经典的森林参数反演算法是基于随机散射体模型(Random Volume over Ground, RVoG)的阶段反演算法,该算法中直线拟合误差和体散射估计误差会严重影响反演精度。为了提高树高估计精度,该文使用整体最小二乘法直线拟合得到更精确的地表相位估计结果,并提出以Gamma 函数为线性度量自适应地估计体散射去相干,得到了改进的PolInSAR 三阶段反演算法,实验结果表明改进算法可靠有效。      

基于有向体模型的植被参数反演及室内宽带实验研究

该文对具有极化特征的植被提出一种基于有向体(OV)模型的参数反演算法,并尝试在微波暗室内构建全极化干涉合成孔径雷达半实物宽带测量系统,对模型及算法进行实验验证。根据OV模型的植被特征,以同极化之差所代表的二面角散射机理作为地形相位点的判别依据,结合计算平均值和标准差的方法反演出植被高度。接下来,在环境可控的微波暗室内构建了实验系统,采用两个高度已知的三面角对干涉基线距进行校准,提高了参数反演精度。实验结果表明:在场景的地体幅度比较大的情况下,植被反演高度与实际高度的误差仅为0.03 m,全频带内的高度反演误差不超过0.2 m,说明了反演算法的有效性。     

基于多源雷达遥感技术的黄河径流反演研究

黄河是我国华北地区重要的水资源,采用雷达遥感方式对其径流进行监测可以便捷地反映出黄河的旱涝变化趋势,具有重要的现实意义。目前,雷达遥感径流反演常用雷达高度计(RA)获取水位信息用以构建水深-径流模型,这种方法忽略了河面变化对径流波动的影响,具有一定的局限性。该文提出一种基于多源雷达遥感技术的径流计算模型(MRRS-RCM),综合应用RA测高技术与合成孔径雷达(SAR)信息提取技术,以曼宁公式为基础,构建MRRS-RCM模型实现径流反演。该文选取黄河下游3个研究站点进行径流反演实验,结果证明MRRS-RCM模型径流反演结果的相对均方根误差(RRMSE)达到13.969%,优于传统径流监测15%～20%的精度要求。     

基于Sentinel-1/2遥感数据的冬小麦覆盖地表土壤水分协同反演

冬小麦是我国重要粮食作物之一,对冬小麦覆盖地表土壤水分进行监测有助于解决因土壤供水导致的冬小麦歉收和农业用水浪费等问题。为了降低冬小麦覆盖地表土壤水分微波遥感反演过程中冬小麦对雷达后向散射系数的影响,该文基于Sentinel-1携带的合成孔径雷达(SAR)数据和Sentinel-2携带的多光谱成像仪(MSI)数据,结合水云模型,开展冬小麦覆盖地表土壤水分协同反演研究。首先,基于MSI数据,该文定义了一种新的植被指数,即融合植被指数(FVI),用于冬小麦含水量反演;然后,该文发展了一种基于主被动遥感数据的冬小麦覆盖地表土壤水分反演半经验模型,校正冬小麦在土壤水分反演过程中对雷达后向散射系数的影响;最后,以河南省某地冬小麦农田为研究区域,开展归一化水体指数(NDWI)和FVI两种指数与VV, VH, VV/VH 3种极化组合而成的6种反演方式下的土壤水分反演对比实验。结果表明:以FVI为植被指数,能够更好地去除冬小麦在土壤水分反演过程中对雷达后向散射系数的影响;6种反演方式中,FVI与VV/VH组合下的反演效果最优,其决定系数为0.7642,均方根误差为0.0209 cm3/cm3,平均绝对误差为0.0174 cm3/cm3,展示了该文所提土壤水分反演模型的研究价值和应用潜力。     

高频地波雷达风速直接反演的经验模型

利用风浪经验模型从高频地波雷达(HFSWR)的回波谱数据中反演风速需要有效波高等先验信息,因此风速的反演受有效波高反演精度的影响。该文基于风浪经验模型,利用风速和高频地波雷达海面回波二阶谱与一阶谱能量之比的关系,发展了无需波高信息的风速直接反演的经验模型。将风速反演经验模型应用到高频地波雷达风速的反演中,对两部不同频率的雷达在不同海域获得的数据进行了比较分析,结果表明,该文中采用的经验模型能够有效地对风速进行反演,其中三参数模型的结果略好于双参数模型。     

On Bayesian scatterometer wind inversion

In a quest for a generic unbiased scatterometer wind inversion method, the different inversion procedures currently in use are revisited in this paper. A careful examination of both the errors in the wind and in the measurement domain, combined with the nonlinear shape of the geophysical model function (GMF), leads to a generic and novel Bayesian wind retrieval approach in the measurement domain. In this approach the shape of the GMF solution manifold in measurement space is more important than the specified noise. This shape is related to the system wind direction sensitivity, and when this sensitivity is uniform, realistic and precise wind direction distributions are retrieved, even when measurements lie far from the GMF manifold. A simplified measurement space transformation that produces such uniform sensitivity for the European Remote Sensing Satellite (ERS) scatterometer is presented and shown to have reduced wind direction bias compared to the more traditional (measurement-noise normalized) inversion for ERS. Moreover, the simplified wind inversion reveals a similar performance to the current operational ERS wind inversion, but is potentially more generally applicable. The simplified method is then applied to SeaWinds but is ineffective. In this case the instrument geometry results in a low sensitivity to wind direction at a few specific directions. As a consequence, certain wind direction solutions remain favored in the SeaWinds inversion.     

三通道瑞利散射测风激光雷达风速反演算法

为了获得更为准确的大气风速廓线,使用国内首台基于三通道Fabry-Perot标准具的瑞利散射测风激光雷达进行风场测量,提出了根据实测数据及时调整标准具位置的激光频率反演方法。此方法有效减小了激光频率漂移和抖动造成的反演误差,同时对传统风速算法进行了改进。利用非线性迭代算法处理数据,通过对两种算法处理结果的比较,发现迭代算法具有更高的反演精度。使用非线性迭代算法对三通道瑞利散射多普勒测风激光雷达风场测量数据进行处理,得到了10km～40km的大气风速廓线。结果表明,此种风速反演算法切实可行,并提高了反演精度。     

激光测风雷达VAD反演方法的数值优化

为了提高多普勒激光测风雷达反演风场的速度和精度,采用Newton-Gaussian最小二乘优化方法对风场反演模型进行数值求解,并对Newton-Gaussian法的步长和初值进行讨论和调整,使得此算法的鲁棒性更强,同时也降低了传统速度方位显示反演方法中固有缺陷的影响.将其应用到研制的全光纤多普勒激光测风雷达系统中,实现了对低中空局部风场的反演.结果表明,该算法不但提高了风场反演的速度和精度,而且反演结果更稳定,适合实时计算.     

激光测风雷达速度方位显示反演中数据质量的控制方法与仿真

针对实际数据资料中往往因地表杂波等各种干扰而出现小幅值风速和奇异点,在进行速度方位显示(VAD)数据反演之前,提出了对数据资料进行质量控制的预处理方法,即剔除小幅度数据和奇异点,然后分别进行了全方位采样和非全方位采样的反演,反演精度大幅度提高,仿真结果与实际结果相吻合.模拟两种线性风场,即含有0,1阶谐波和含有0,1,2阶谐波的线性风场.利用这两种风场比较研究了全方位采样和非全方位采样的速度方位显示方法.仿真结果表明,全方位采样速度方位显示方法对这两种线性风场反演结果准确度都高,而非全方位采样速度方位显示方法对不含2阶谐波的线性风场具有很小的有效采样范围,同时,2阶谐波对其具有一定的影响.     

激光雷达光束扫描及改进型VAD反演方法的仿真

为了弥补激光测风雷达风场反演速度方位显示法的不足、提高反演风速精度,提出了一种改进的方法。运用迭代预处理的方法提高原始雷达数据质量,消除小幅值风速和奇异点的影响,用统计求和平均的方法反演出3维风场;并建立了风场模型,通过数值计算软件进行了仿真和误差分析。结果表明,改进的方法反演出风速的误差不超过0.5m/s,比传统速度方位显示算法的精度提高了1倍。     

利用光束抖动反演横向风速垂直分布的研究

湍流冻结条件下,利用两个位置探测抖动信号的时空交叉相关函数,提出了反演横向风速垂直分布的理论模型.该模型的两个参数分别为湍流廓线和相关函数在延迟时间为0处的导数.假定横向风速满足高斯模型,采用遗传算法进行数值仿真.通过对两种典型湍流模型进行反演计算,发现反演的风廓线和理论风廓线一致性好,相对误差不超过3.3％和1.6％.改变湍流廓线的特征高度并进行反演计算,结果表明湍流强度存在较大误差时,该模型仍可用于低层横向风速垂直分布的反演.     

基于高频雷达二阶海洋回波的风速反演算法研究与应用

基于高频电磁波与海洋表面的散射机制,以雷达二阶散射截面方程为理论依据。首先,进行了从高频雷达二阶海洋 回波谱中反演饱和风速的算法理论近似,讨论算法运用的前提条件;其次进行了饱和风速与二阶谱峰频率的关系式推导;然后,利用高频地波雷达模拟海洋回波谱数据对算法进行了可行性验证,证明该算法特定风速范围内有较好的反演结果; 最后,将算法应用于实测高频地波雷达海洋回波多普勒谱进行了饱和风速反演,并进行了反演结果分析与误差分析。 结果分析表明:该算法在满足理论近似条件的前提下能有效提取海面饱和风速信息。     

基于改进VPP方法的激光雷达小尺度风场反演

VPP 方法对小尺度风场结构中心区域的反演展现了良好的性能,但在边缘区域,由于风速变化剧烈,破坏了径向风场的连续性,导致反演算法在该区域失效。研究了受干扰的反演区域的识别和定位方法,推导出同一个径向上水平切向风速一致,依此对水平切向风速修正,提出一种改进的VPP反演算法,采用该方法反演模拟的小尺度辐散风场,仿真结果验证了方法的有效性。     

多普勒激光雷达风场反演研究进展

多普勒激光雷达因高精度测量、高空分辨率等特点对晴空天气的风场探测具有重要应用价值,但多普勒激光雷达只能获取径向风速,必需进行风场反演。介绍了单部和多部多普勒激光雷达的风场反演技术的国内外进展及优缺点,其风场反演算法主要在微波雷达的基础上进行优化和创新。结果表明,单部多普勒激光雷达中变分方法是最有前途的方法;早期多部雷达普遍存在同一性的问题,对多部多普勒激光雷达也没有提出更有效的方法,变分方法的提出使得单部雷达和多部雷达不再有根本的区别,同化方法成为今后的研究重点(典型方法是变分同化)。