冬小麦微波散射特性研究

建立在森林树木散射机理上的 MIMICS模型通过改变其模型结构 ,用来研究冬小麦的散射特性 ,并详尽地考虑小麦叶、茎和地表土壤三种散射因子。经与实测数据的比较 ,改变后的 MIMICS(Michigan microwave canopy scattering m odel)模型能够较好的预测同极化条件下冬小麦随入射角的后向散射变化而变化。通过模型结果可以看出 ,在冬小麦不同的散射机理成分中 ,冠层直接散射和地表散射在总散射中的贡献最大 ,当入射角变大时 (>30°) ,地表散射迅速降低。     

土壤湿度微波遥感中的植被散射模型进展

植被是影响土壤湿度微波遥感的主要因子之一,土壤湿度微波遥感的主要任务是建立含有地表土壤信息的植被散射模型。植被散射模型的建立可以加深我们对植被和土壤散射机理的理解,定量分析微波后向散射系数对于各散射因子的敏感性,进一步达到从微波信息中反演土壤湿度的目的。植被散射模型可以分为经验模型、理论模型和半经验模型,各种模型都具有自身的优势和局限性。经验模型的建立比较简单,但一般只适用于特定的研究条件;理论模型是建立在一定的理论基础之上,对于散射因子的考虑相对详尽,但一般模型比较复杂,反演相对困难;半经验模型是前两者的折中,它以植被的宏观物理参量为模型参数,模型的建立和反演比理论模型要简单,但同时也具有一定的理论依据,适用性也较经验模型广。     

全站仪免棱镜技术在河道测量中的应用

河道测量是国民经济建设不可或缺的基础性工作,免棱镜模式下运用全站仪进行河道测量是一种主要的观测手段.针对河道测量与路面常规测量的差异性,分析了在不同土壤湿度、不同距离、不同激光入射角条件下免棱镜观测的平面精度与高程精度,结果表明:①土壤湿度与激光入射角对免棱镜模式下测量的平面精度和高程精度影响在5 mm之内,可以忽略,但当入射角大于80°时,仪器已不能正常读数;②在满足《数字测绘产品检查验收规定和质量评定(GB/T 18316-2001)》要求的平面精度与高程精度时,测量距离需控制在150 m之内;③在使用免棱镜全站仪进行实地河道测量时,因阳光与气温产生的河道土壤内的水汽蒸腾会对免棱镜测量产生影响,建议实际测量工作时尽量避开一天中太阳辐射较强的12时～ 15时,以避开大量水汽蒸腾的影响.     

支持向量机在雪地环境中的参数反演

针对传统雪地环境参数反演方法中模型复杂、未知参量多、网络拓扑结构难确定等问题,提出了一种基于最小二乘支持向量回归技术的雪地环境土壤湿度和雪层厚度的反演方法。首先根据雪地环境建立了分层粗糙介质微波散射模型,利用微扰法得出其后向散射系数;然后进行数据敏感性分析,选取雷达频率为1.27GHz(L波段)、双入射角(42°和53°),设计了两种反演方案,分别为单极化和双极化的方式作为微波信号样本信息,经过适当的训练,利用最小二乘支持向量机反演土壤湿度和雪层厚度。结果表明:用多入射角、双极化时,反演结果具有较高的精度;在加噪的情况下,用多入射角、双极化时,该方法的反演结果保持了较好的抗噪能力,为雪地环境中土壤湿度和雪层厚度的反演研究提供了一种可行的方法。     

不同入射角下的雷达后向散射系数图像模拟

选择了新疆渭库三角洲(库车县、新和县、沙雅县)为实验区,利用Ulaby和Chapp的后向散射模型分别模拟了HV极化和HH极化的入射角为20°、24°、30°、33°、37°和40°的雷达后向散射系数图像。分析了不同入射角下图像各点后向散射系数值的散点图以及统计特征,得出由于入射角度的变化,两种极化的图像后向散射系数值变化较大,其变化趋势均符合余弦函数曲线分布,且模拟SAR图像很好的保留了地面散射信息。     

具有一维带限Weierstrass分形特征实际路面电磁散射FDTD研究

一般的实际路面系统是由沥青混凝土面层、水泥碎石联结层、水泥稳定碎石基层和路基层等构成的多层介质,可以看作是具有一维带限Weierstrass分形特征的水泥混凝土路面系统。运用时域有限差分方法(FDTD)研究了这种实际的水泥混凝土路面系统电磁散射,具体计算了3层路面系统电磁散射的双站散射系数,得出了散射系数随散射角和入射波频率变化的曲线。分析了散射系数随路面分维数、入射波频率、入射角、路面材料介电常数、面层厚度、基层厚度等参数变化的规律,讨论了面层存在圆柱形空洞时,空洞内填充物变化对散射系数的影响,得到了具有一维带限Weierstrass分形特征的实际路面系统电磁散射的特性。数值计算结果表明:路面分维数、入射波频率、入射角、路面材料介电常数、面层厚度、基层厚度、面层存在的空洞对散射系数的影响是非常复杂的。     

SMAP卫星后向散射系数与海表面风场关系

海面风是海气互相作用的重要参数之一,如何通过雷达后向散射数据有效提取海表面风场信息,对于海洋动力环境遥感监测具有重要的研究意义。使用SMAP卫星L波段真实孔径雷达数据和国家环境预测中心再分析风场数据进行匹配,利用地球物理模型函数分析了SMAP卫星数据的后向散射系数与海表面风场之间的关系, 讨论了不同风速和不同相对风向角时SMAP卫星数据反演海表面风场的潜力。研究显示,水平极化和垂直极化的后向散射系数与风速的关系紧密,适于海表面风场的反演;SMAP卫星数据存在正-侧风不对称现象和逆正-侧风不对称现象;在相对风向角为90°和270°时后向散射系数与风场的关系较为模糊;随着风速的增加,后向散射系数与相对风向角的规律关系也越来越明显,振幅也随风速增大而增大。GMF函数计算的风速偏差为1.19 m/s（水平极化）和1.51 m/s（垂直极化）,均方根误差为1.58 m/s（水平极化）和1.67 m/s（垂直极化）。     

SMAP卫星后向散射系数与海表面风场关系

海面风是海气互相作用的重要参数之一,如何通过雷达后向散射数据有效提取海表面风场信息,对于海洋动力环境遥感监测具有重要的研究意义。使用SMAP卫星L波段真实孔径雷达数据和国家环境预测中心再分析风场数据进行匹配,利用地球物理模型函数分析了SMAP卫星数据的后向散射系数与海表面风场之间的关系,讨论了不同风速和不同相对风向角时SMAP卫星数据反演海表面风场的潜力。研究显示,水平极化和垂直极化的后向散射系数与风速的关系紧密,适于海表面风场的反演;SMAP卫星数据存在正-侧风不对称现象和逆正-侧风不对称现象;在相对风向角为90°和270°时后向散射系数与风场的关系较为模糊;随着风速的增加,后向散射系数与相对风向角的规律关系也越来越明显,振幅也随风速增大而增大。GMF函数计算的风速偏差为1.19m/s(水平极化)和1.51m/s(垂直极化),均方根误差为1.58m/s(水平极化)和1.67m/s(垂直极化)。     

基于ENVISAT/ASAR的神经网络反演人工林叶面积指数研究

对我国西北黑河地区的人工林,进行了基于ENVISAT/ASAR数据构造神经网络的反演杨树林叶面积指数研究。首先,分析了白杨树林、沙枣树林的叶面积指数(LAI)与ENVISAT/ASAR不同极化后向散射系数的相关关系,研究表明人工林的空间分布均一性是影响雷达后向散射和LAI关系的首要因素,其次,不同的入射角对后向散射也具有明显的差异。基于上述分析,通过神经网络算法,利用不同时相、不同入射角的ENVISAT/ASAR雷达影像对白杨树林LAI进行了反演研究,对验证样本、训练样本、所有样本实测值与预测值进行了比较验证,其决定系数R²分别为0.61\,0.91和0.82,表明基于ENVISAT/ASAR雷达数据利用神经网络算法反演人工林叶面积指数的可行性。     

星载SAR遥感影像地形辐射校正——以ALOS PALSAR为例

针对地形起伏造成的SAR图像辐射畸变等问题,在分析SAR成像机理及几何结构的基础上,通过推导,构建了基于规则化散射因子及局部入射角的地形辐射校正模型。以ALOS PALSAR为例,依据DEM与卫星轨道参数,采用R-D定位模型及Muhleman半经验模型,在模拟SAR影像的基础上,建立了真实SAR与DEM之间的映射关系,实现了对原始SAR影像的地理编码,提取了局部入射角、投影角及规则化因子等,进行了地形辐射校正,从而消除了面积效应及地形起伏造成的畸变问题。校正后的图像纹理特征更加均匀,散射系数与局部入射角的线性相关性显著降低。该研究对雷达图像的应用具有一定的借鉴意义。     

基于时序Sentinel-1A数据的农田土壤水分变化检测分析

土壤水分是作物生长的基本条件,同时也是作物长势监测、估产和旱情监测的重要参数。基于变化检测模型,利用不同时相Sentinel-1A数据估算农田土壤水分变化信息。首先利用积分方程模型(Integral Equation Model,IEM)模拟数据分析雷达后向散射系数变化与土壤水分变化之间的关系,在土壤表面粗糙度恒定的情况下,土壤湿度变化与雷达后向散射系数变化具有高度相关性,验证了变化检测模型用于估算土壤水分变化的合理性。在此基础上,利用河北邯郸研究区时序Sentinel-1ASAR数据和现场实测数据构建土壤水分变化检测模型,从而利用雷达后向散射系数变化估算土壤水分变化信息。结合现场实测数据得到,最小二乘和支持向量回归模型反演结果的均方根误差(RMSE)分别为5.1vol%和4.6vol%,决定系数(R2)分别为0.65和0.73。验证了时序Sentinel-1A数据用于监测农田土壤水分变化的实用性。     

基于信息融合的移动机器人侧向定位的研究

超声波传感器的入射角对输出有很大的影响,通过实验分析了入射角对输出的影响。采用引入误差补偿因子的方法,标定了传感器的测量模型,使得测量精度大大提高。在此基础上,基于多源信息融合设计了3种移动机器人侧向定位模型。经实验比较证实,引入误差补偿因子的融合模型定位精度高,可以使得距离误差控制在±2.4mm,姿态角误差控制在±0.32°以内。最后,将该融合模型应用于移动机器人的实际控制中,距离误差为±3.7mm、姿态角误差为±0.58°,满足移动机器人定位精度的要求。     

红外光学系统中“黑色”涂层表面特性的测试

介绍了一个在光学系统杂光领域中取得巨大成功的新概念－双向反射分布系数，分析了材料表面双向反射分布系数的特性。并在常温，红外波段λ＝１０．６μｍ下，采用锁相放大器的调制检测法，在背景热辐射比信号辐射大数万倍的情况下，成功地提取的非常微弱的信号，还测出激光入射角ｉ＝０°，６０°时“黑色”涂层样品的ＢＲＤＦ的空间分布值，与国外同类涂层“ＣｏｒｅｌｌＢｌａｃｋ”，“ＭａｒｔｉｎＢｌａｃｋ”等的性能基本相当     

卫星微波遥感结合可见光遥感估算黄河源区土壤湿度研究

利用欧洲环境卫星(ENVISAT)搭载的高级合成孔径雷达ASAR(Advanced Synthesis Aperture Radar)交叉极化模式(APP)2009年8月9日和10月6日的数据对青藏高原东北部玛曲地区土壤湿度进行了估算。对于裸土区域采用表层微波后向散射几何光学模型GOM(Geometry Optics Model),对于植被覆盖度大的区域利用“水-云”模型处理植被层对后向散射系数的影响,取得了较好的结果:遥感估算的土壤湿度值和地面实测值之间的均方根误差RMSE<0.05,决定系数R²>0.82,表明该方法适合反演玛曲地区的土壤水分。从遥感估算的总体结果可以看出:山谷和陡峭山坡的反演结果相对较差,而在相对平坦的地区反演结果较好,估算的土壤湿度值在0.20~0.50 m³/m³之间。     

基于改进简化天空光照模型的天空绘制算法

通过使用Hoffman等的算法进行天空效果的绘制,会产生两个问题：在绘制的天空效果图的中央产生一条肉眼可视的黑带;散射系数不能随着观察者视点位置和太阳的位置变化而变化。通过改变Rayleigh散射方程中与散射方向有关因子的系数,解决使用Hoffman等的算法在绘制天空效果时产生黑带的问题;通过建立Mie散射方程方向系数与观察者视点位置和太阳位置之间的线性方程,解决散射系数不能随视点位置和太阳位置变化的问题。结果表明,改进后绘制的天空效果将更适用于飞行模拟器实时仿真。     

基于MIMO的对流层散射通信信道损耗研究

针对多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)场景下的对流层散射通信信道损耗进行了研究。在设计远距离MIMO通信系统时,链路损耗估计是其中的关键技术,而现有技术在损耗估计时都忽略了波束与散射体碰撞时的能量损耗。根据湍流非相干散射理论,首先将对流层建模为多条可微的曲线,从而与发射和接收天线阵列构成曲边梯形,根据此信道几何模型,计算入射角、反射角和散射角的角度关系;其次,建立了电磁波束射入散射体后散射波在散射体表面的能量分布模型;最后,根据波束传输距离,量化散射信道的损耗,推导得到基于MIMO对流层散射信道的衰落系数和信道矩阵。将仿真计算结果与实际数据进行对比,验证了所提模型在链路损耗估计问题上的有效性和准确性,同时根据仿真结果对接收天线的仰角设计提出了建议。     

基于Bi-Mimics模型的GNSS-R农作物生物量监测理论研究

GNSS-R(GNSS-Reflectometry)遥感从机理上讲属于双站雷达,在一阶辐射传输方程Mimics(Michigan Microwave Canopy Scattering)模型的基础上,将其修改为双站散射模型Bi-Mimics(Bistatic\|Mimics);将模型中的树干层去掉,保留树冠层和地表间的散射机制,发展了适用于农作物的Bi-Mimics模型。利用该模型,模拟分析在GNSS-R工作的L波段农作物的散射特性;根据GNSS-R设置模拟分析了镜像散射系数与农作物生物量之间的关系;并根据双站雷达理论公式,模拟了农作物生物量与接收机信号之间的关系。结果表明GNSS-R从理论上用来研究和监测农作物的生物量存在可行性,但研究工作有待进一步深入。     

一种新型太阳跟踪器的设计

设计了基于位置敏感探测器(PSD)的太阳跟踪器,实现对太阳的自动跟踪。该跟踪器能够适应各种天气,晴天时启动光电跟踪,阴雨天时启动日历跟踪,能够实现方位角在360°范围内,高度角在90°范围内自动跟踪。进行了系统误差分析与实验,实验结果表明:该方法的跟踪精度在±12°,视场角度内为0.1°,各种天气情况下,跟踪器均能稳定地工作,能够达到预期的设计性能。     

基于SAR后向散射的海上溢油检测研究

应用海面雷达后向散射系数检测海上溢油是目前海上溢油遥感监测的一个重要方向。本文以南海Envisat-ASAR数据为例,在分析SAR数据的基础上,应用Envisat-ASAR绝对定标计算方法,计算后向散射系数,研究应用SAR进行海上溢油遥感监测的散射特性,计算目标与海面边界后向散射系数梯度均值0σ与目标与海面后向散射系数均值差Δμ,并以两者结合作为区分海面油膜与自然现象的解译标志,从而为溢油识别提供依据。     

双基地海底散射与角度配置关系仿真研究

海底散射是影响双基地声纳性能的重要因素之一，为了研究海底散射与双基声纳各角度（入射角、散射角和双基地角）配置的关系，该文基于Kirchhoff近似理论和扰动近似理论，建立了双基地海底散射模型，给出了散射强度与双基地声纳各角度之间的明确关系式。针对模型进行仿真实验，结果表明，双基地海底散射与角度配置关系复杂，固定其中一个角度，散射强度会随另外两个角度的变化而变，且有一定的规律性，通过合理角度配置可以减少海底散射对双基地声纳性能的影响。