多视角多波段SAR浅海地形反演研究

在SAR浅海地形成像基本原理的基础上,对现有的流场仿真和微波成像模型进行研究,选择二维水动力模型和比较成熟的M4S仿真软件,建立了SAR对浅海地形成像模型,使用该模型对准一维地形进行仿真实验,综合分析了气象水文条件(风场和流场)和雷达参数(波段、极化和入射角)对SAR成像的影响,仿真结果说明SAR对浅海地形成像受到上述条件的综合影响。传统的浅海水下地形反演方法都是在单视角单波段的情况下进行的,而多视角多波段SAR浅海地形研究则考虑了多个入射角和多个波段的不同影响,通过仿真结果分析可知,提出的方法能有效提高反演精度和抗噪性能。     

基于RVoG模型的极化干涉SAR最优基线分析

 针对极化干涉SAR体散射体参数估计应用,基于随机体散射体/地表二层(RVoG)模型分析研究了其最优基线问题.在基线去相干、RVoG模型、相位管等相关理论分析基础之上,证明了最优基线的存在性,给出了其定义与计算方法,比较了其与常规干涉SAR最优基线的异同.通过仿真验证并讨论了雷达、成像几何和体散射体参数对最优基线选取的影响.     

顺轨干涉SAR海洋表面流场迭代反演算法

该文在分析传统顺轨干涉SAR表面流场速度分离方法不足的基础上,根据海面微波成像仿真模型建立了顺轨干涉SAR海洋表面流场迭代反演算法。利用该迭代反演算法对JPL AIRSAR获得的机载顺轨干涉SAR数据进行流场反演,并将反演流场与普林斯顿海洋模型(POM)的输出流场进行对比,两个流场具有很好的一致性,证实了该迭代反演算法的有效性。     

星载SAR海面场景回波仿真

利用分形海面模型、Kirchhoff近似电磁散射模型和基于时序的动态场景回波仿真模型得到星载SAR海面场景回波.给出理想单色波海浪和分形海面回波仿真实例,回波成像结果符合倾斜调制、速度聚束调制和实际海面SAR图像的统计特性,表明该方法有效.仿真得到的回波数据可为星载SAR海面顺轨干涉(ATl-SAR)测洋流、海洋全极化探测、反演海谱等仿真研究提供源数据.     

柔性基线抖动对机载干涉SAR 性能影响分析

机载干涉SAR 平台在飞行过程中通常会受气流、机械振动等因素的影响,造成柔性基线抖动,从而严重影响干涉SAR 系统的性能。该文针对柔性基线机载干涉SAR 系统中的基线抖动问题,首先推导了基线抖动下的斜距误差模型,然后从1 次、2 次和一般斜距误差建立了SAR 复图像信号模型和双通道相关系数模型,并理论分析了基线抖动对SAR 成像和干涉性能的影响。最后通过回波仿真实验验证了理论分析的正确性。      

运动补偿对机载SAR重轨干涉成像的影响分析

机载重轨干涉成像时,两轨数据需要选择平行的参考轨迹,以便保证补偿之后基线的稳定性。由于实际飞行轨迹与参考轨迹之间存在运动偏移,需要进行运动补偿。区别于机载SAR单轨运动补偿,选择平行的参考轨迹往往需要搬移较大的角度。为了定量分析基于搬移的运动补偿引入的残余误差对干涉成像的影响,建立了基于搬移的SAR成像模型,将搬移导致的影响等效为斜视角模型和斜距残余误差。随后推导了由"搬移"引入的残余误差对成像的影响,以及引入的相位误差对重轨干涉的影响,并通过仿真验证了理论推导的正确性。分析结果为机载重轨干涉对平台飞行控制要求提供了一种分析手段。     

基于干涉处理的机载合成孔径激光雷达振动估计和成像

实际飞行过程中载机的俯仰角和偏航角会在顺轨干涉处理的基线中引入交轨基线分量,在振动条件下对高程起伏地形难以精确成像。为实现机载合成孔径激光雷达(SAL)振动有效估计,提出了一种基于三探测器正交基线干涉处理的振动估计和成像处理方法,建立了信号模型并进行了精度分析。该方法需要使视场重叠,并利用了SAL非成像光学系统的特点来实现。介绍了利用一个对地宽幅成像探测器和三个振动估计探测器分置的光学系统实现方案,并讨论了探测器视场重叠度和信噪比对振动估计性能的影响。振动条件下对高程起伏地形的仿真成像结果验证了该方法的有效性。     

分布式星载干涉SAR中空间基线的分析和设计

分布式星载干涉SAR可以同时实现三维地形成像、洋流成像和提高空间分辨率等3种SAR于涉成像。其系统基线设计需要同时考虑这3种SAR干涉成像对基线的不同要求,所以比较复杂。该文在给出分布式小卫星被动稳定编队飞行的空间构形和3种SAR干涉成像对系统基线要求的基础上,提出了分布式星载干涉SAR基线设计中存在着3个制约关系;给出了协调这3个制约关系的一种设计准则,并在此准则下对一个L波段的分布式星载干涉SAR进行了系统基线设计。     

极化干涉SAR面向城区不同处理模式的误差影响分析

极化干涉合成孔径雷达(PolInSAR)在城区等复杂场景下的应用受到了越来越多的关注。面向城区的极化干涉SAR处理主要包括基于极化最优相干的干涉测高、基于极化分解的干涉测高、联立极化干涉观测方程直接求解不同散射机制高度这3种模式。现有研究对各类误差在极化干涉SAR不同处理模式下的综合影响分析尚很欠缺。该文在构建极化干涉SAR误差模型的基础上,提出了联立极化观测方程下散射机制的求解方法,推导了极化失真和干涉误差在极化干涉SAR不同处理模式下的综合影响模型,并通过仿真验证了模型的正确性,同时给出了3种处理模式补偿误差后的高度反演结果,补偿误差后通过极化最优相干得到建筑区域高度的均方根误差(RMSE)为2.77 m。在此基础上,通过仿真给出了极化干涉SAR不同处理模型下的误差影响曲线,比较了不同处理模型受误差影响的程度,并给出了合理解释,研究结果为极化干涉SAR系统设计、处理方法选择及数据应用提供了参考。     

基于简缩极化干涉SAR数据的森林垂直参数反演

森林区域竖直结构参数的反演是极化干涉雷达的一个重要应用,基于RVoG模型,运用全极化干涉数据可成功获得森林区域的地形估计及树高反演。该文将基于单基线简缩极化干涉SAR(C-PolInSAR)数据对森林区域进行林下地形估计及树高反演。推导单基线简缩极化干涉相干系数及相干区域,根据相干区域进行直线拟合,提出简缩极化干涉数据下的地形相位判别准则及体散射去相干估计方法,然后完成树高反演。通过L, P波段仿真数据以及实测机载数据对上述方法进行验证,获得正确地形及树高。简缩极化发射波极化状态不唯一,因此该文详细分析不同参数的椭圆极化对地形及树高等参数估计的影响,研究表明地形树高受椭圆极化波影响较小,也验证了估计方法的稳定性。     

一维综合孔径微波辐射计海温反演精度研究

星载一维综合孔径微波辐射计(1D-ASMR)利用天线阵代替传统辐射计的大天线,具有高空间分辨率和多入射角观测特点,是未来海温遥感的重要载荷.为评估1D-ASMR亮温测量误差EMb对海温反演精度的影响以及为卫星系统的设计提供依据,文中构建了1D-ASMR亮温仿真模型,采用多元线性回归算法(Multiple Linear ...     

基于最小二乘估计和小波去噪的ATI-SAR自适应相位校正方法

ATI-SAR系统要求两个通道的相位特性准确匹配。该文分析了ATI-SAR系统相位误差的来源,建立了ATI-SAR系统相位误差的数学模型。提出了一种基于最小二乘估计和小波去噪的ATI-SAR自适应相位校正方法,给出了该相位校正方法的处理流程。计算机仿真证明在没有平台速度、偏航角等先验知识的情况下该方法仍可有效补偿ATI-SAR系统的相位误差,而且相位缠绕时,不需进行相位解缠。     

数值模拟低掠角入射海面与船目标的双站散射

为研究风驱粗糙海面上有船目标时的双站散射,提出了一种结合广义前后的迭代方法（GFBM）与谱加速算法（SAA）快速求解双站散射的Monte Carlo数值方法,计算了在TE、TM锥形波低掠角入射在一维Pierson-Moskowitz谱粗糙导体海面以及船目标存在时的双站散射,数值模拟了在低掠角入射条件下,包含多次散射传播的粗糙海面与目标的双站散射与极化、频率、视角和海面风速等参数的关系。     

An experimental study of a sea clutter model

A model for the radar cross section (RCS) of the sea has been developed in parallel efforts by scientists in both the United States and the Soviet Union, which is based upon the concept of a composite surface, i.e., one in which a slightly rough surface in the sense of Rice is superimposed on a larger swell structure. For angles off the normal, the model predicts the variation of the RCS with frequency, polarization, and incident angle of the illumination and further predicts an upper bound (saturation value) of the RCS with increasing roughness. The model has been collated with data collected by the Naval Research Laboratory four-frequency radar system in sea states ranging from 0 to 7. The results of the comparison have shown that the upper bound for the RCS exists and is closely approached in windspeeds in excess of 5 m/s. In addition, the data have confirmed the variation of RCS with frequency (UHF to X-band), grazing angle, and with polarization (H, V), provided that the "tilting" of the scattering surface by swell is taken into account in the region of shallow grazing angles.     

海面环境中红外偏振成像系统作用距离模型

诸多实验证明海面辐射具有偏振特性,目前还没有有效的红外偏振成像系统的海面目标探测能力的相关理论。利用T. Elfouhaily提出的海浪方向谱模型反演出海浪高度分布;通过一种基于Monte-Carlo光线逆追踪的方法分析了海面的红外偏振辐射特性;根据Stokes矢量分量的噪声特性建立了Stokes矢量各分量的最小可分辨温差值(MRTD)计算方法;并在此基础上,利用Stokes矢量分量的MRTD与场景的表观温差(ATD)的差异建立了海面环境中的红外偏振成像系统作用距离模型。     

The Dependence of Sea-Surface Microwave Emission on Wind Speed, Frequency, Incidence Angle, and Polarzation over the Frequency Range from 1 to 40 GHz

The dependence of sea-surface microwave emissive prop erties on wind speed, frequency, incidence angle, and polarization arn discussed in detail, in terms of wind-speed sensitivity of the brightnes temperature (defined as a change in brightness temperature with a un, change in wind speed) to the last three observational conditions, ovet the frequency range from 1 to 40 GHz, comparing our results at 6.7 and 18.6 GHz with many investigators' results at various levels from surface to satellite. This wind-speed sensitivity shows marked incidence angle and polarization dependencies. In vertical polarization, a wind-induced increase in the brightness temperature decreases with incidence angle. Then, the vertically polarized brightness temperature of the roughened sea surface is equal to that of the calm surface at an incidence angle between 50 ° and 600, and is higher below, and lower above, this angle; in other words, the above sensitivity is higher and takes a positive value at lower incidence angle and it is lower and takes negative value at higher incidence angle, with a wind-speed-insensitive angle existing between 500 and 600. A wind-induced change in the horizontally polarized brightness temperature shows no marked incidence angle dependence, but a uniform increase over the incidence angle. Both polarizations do not essentially change their characteristics in the above dependencies but gain wind-speed sensitivity with frequency; however, the horizontal polarization is much more sensitive to wind speed than the vertical one over the entire incidence and frequency ranges.     

基于镜面散射的雷达探测浅海水下地形研究

海面镜面散射建模及其应用方法是小入射角时雷达海洋遥感的关键问题。深入研究了基于格拉母—卡利尔（Gram-Charlier）分布的海面镜面散射建模方法,分析了其极化特性,将风速统一以海面上10 m高度为基准。通过与实测数据的比较,证明了其正确性和优越性。提出了采用Wu J方法估计海面均方斜率可改进其在中低风速时的性能,指出在应用时需要首先进行风速条件下的验证。进而将基于Gram-Charlier分布的海面镜面散射模型应用于雷达探测浅海水下地形。通过与实验结果的比较,证明了其应用方法的可行性和优越性。     

各向异性粗糙海面对掠入射激光的散射特性研究

针对目前粗糙海面的激光散射场模型并不适用于激光束掠入射的情况以及忽略风速的影响,基于Cox-Munk模型及基尔霍夫近似（KA）模拟各向异性粗糙海面,建立海面对掠入射激光束的方向反射率分布模型,仿真分析了方向反射率随风速、风向、入射角、入射方位角、反射角、反射方位角的变化规律,并通过水池实验进行了验证。结果表明:粗糙海面对激光束的散射能量主要分布在以被照射海面为顶点的圆锥形角空域,此空域角方向位于镜面反射方向附近,且随着风速的增加,空域角逐渐变大,对于掠入射的激光束,由于海浪的遮蔽效应,空域角方向会偏离镜面方向。该模型可以为激光半主动制导导弹对海上小目标射击研究以及利用激光束照射粗糙海面布设激光诱饵研究提供一定理论依据。     

基于射线跟踪算法的舰船尾迹波红外特征与探测

舰船驶过海面后会形成一条长度可达数千米且持续很长时间的尾迹区。这种显著特征为利用尾迹波的红外特征来探测舰船提供了依据。从舰船尾迹区特点出发,实现了尾迹波的可视化仿真。在Cook-Torrance光照模型的基础上建立了适用于舰船尾迹波的红外成像模型。采用射线跟踪算法,并综合考虑太阳辐射、天空背景辐射和大气传输等环境因素的影响,得到了不同探测条件下舰船尾迹波的红外成像特征。结果表明:俯仰角较小时海面整体较暗,舰船尾迹波特征明显;俯仰角较大时海面整体较亮,舰船尾迹波特征减弱;开尔文尾迹的成像特征受气温变化影响较小,湍流尾迹在低俯仰角低气温时为一条暗带,高气温时为一条亮带;海面风速增加,开尔文尾迹最终会无法分辨,湍流尾迹成为唯一可识别的舰船尾迹波特征。