先进微波探测器资料反演地表微波辐射率试验

利用美国环境卫星A型先进微波探测器AMSU-A资料反演中国陆地区域地表微波辐射率.通过辐射传输正演模拟,提出了AMSU-A窗区通道反演地表微波辐射率的指数分析方法.利用模拟数据对比了指数分析方法和以往通道亮温组合方法.结果表明:对于地表比较干燥的地区,指教分析的反演结果略优于通道亮温组合的反演结果.在此基础上利用IGBP(International Geosphere-Biosphere Program)的地表分类数据,提取AMSU-A像元裸土组分的面积百分比信息,并进一步应用于AMSU-A像元裸土组分地表微波辐射率的反演试验,提高了反演精度,并可进一步应用于区域地表湿度信息提取和大气参数反演,以及AMSU-A窗区通道陆地区域遥感信息在数值预报模式中的同化应用.     

微波辐射计反演大气折射率的改进线性回归算法

提出了一种地基双通道微波辐射计反演大气折射率的改进线性回归算法,该算法将折射率干项和湿项的函数表达式作为地面气象参数的输入量,更好地反映了大气折射率与地面大气参数间的相关性,物理概念清晰.通过对伊春、哈尔滨、锦州、太原、青岛、广州、三亚地区不同月份的历史探空数据进行仿真计算,证明了所提算法的有效性,结果表明：利用改进线性回归算法反演大气折射率廓线的精度普遍在5 km以下,较原线性回归模型有所改善,尤其对近地面的大气折射率反演精度改善明显.     

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 ...     

地表不均匀性对陆面温度反演的影响和用实际卫星资料反演陆面温度的试验

分析了非均匀地表对陆面温度卫星遥感反演的影响，通过模拟试验检验了在反演算法中把非均匀地表作为等效均匀地表来处理的可行性，并用一组实际的GMS—5／VISSR红外窗区通道测量资料进行了陆面温度反演试验。     

一种近似用于高发射率城市地表热红外等效发射率的方向性变异核驱动模型及其不确定性分析

地表热红外发射率(8~14μm)的方向性变异为遥感地表温度的反演及应用引入了不确定性,这种问题在城市地表显得尤为突出.发展了一种近似用于高发射率城市地表热红外等效发射率的方向性变异(Urban Surface Emissivity Anisotropy,USEA)核驱动模型,并分析了具体应用时的不确定性,其中USEA用非垂直观测的发射率与垂直观测时的发射率之比定量表示.模型有两个基本假设:(1)白天,USEA具有热点效应,热点位置与太阳位置接近;(2)夜晚,USEA无明显热点效应,且主要与观测天顶角相关.该核驱动模型由各向同性核、多次散射核、以及温差核组成,其中各向同性核为常数1,多次散射核描述了USEA与观测天顶角的关系,温差核描述了USEA的热点效应.基于计算机模拟数据的模型评价结果表明,核驱动模型可以表达USEA的时空变化,但城市地表热惯量会导致模型的适用性降低.该核驱动模型在MODIS等传感器的方向性比辐射率数据上,具有一定的应用潜力.     

一种近似用于高发射率城市地表热红外等效发射率的方向性变异核驱动模型及其不确定性分析

地表热红外发射率(8~14 μm)的方向性变异为遥感地表温度的反演及应用引入了不确定性,这种问题在城市地表显得尤为突出。本文发展了一种近似用于高发射率城市地表热红外等效发射率的方向性变异(Urban Surface Emissivity Anisotropy, USEA)核驱动模型,并分析了具体应用时的不确定性,其中USEA用非垂直观测的发射率与垂直观测时的发射率之比定量表示。模型有两个基本假设：(1)白天,USEA具有热点效应,热点位置与太阳位置接近;(2)夜晚,USEA无明显热点效应,且主要与观测天顶角相关。该核驱动模型由各向同性核、多次散射核、以及温差核组成,其中各向同性核为常数1,多次散射核描述了USEA与观测天顶角的关系,温差核描述了USEA的热点效应。基于计算机模拟数据的模型评价结果表明,核驱动模型可以表达USEA的时空变化,但城市地表热惯量会导致模型的适用性降低。该核驱动模型在MODIS等传感器的方向性比辐射率数据上,具有一定的应用潜力。     

地表后向散射测量实验及其等效介电常数和粗糙度参数的反演

由于地物类型繁多且分布不均匀,地表粗糙度的测量存在不准确性,且地表分层、体散射机理较难准确界定.针对上述问题,将裸土和水泥路面在入射角小于66°的散射模型等效为面散射模型,联合中国电波传播研究所X波段裸土和Ku波段水泥路面的后向散射实测数据,采用遗传算法同时反演了地表的等效介电常数和等效粗糙度参数,并采用剩余实测数据对反演结果进行了验证,吻合良好.该等效面散射模型在保证裸土和水泥路面后向散射预测精度的同时,降低了模型复杂度,仅需反演面散射模型的3个等效参数(等效均方根高度、等效相关长度和等效介电常数)即可实现对复杂地表后向散射特性的快速、准确预测,具有重要的工程应用价值.     

斜入射下微波辐射计定标源散射特性与发射率的仿真分析

针对微波辐射计定标源定标双站测量方案,提出了斜入射波作为照射源的思路。先通过计算斜入射角度与发射率之间的关系分析了斜入射方案理论上的可行性,再对特定的定标源模型的散射特性进行仿真,并对其波瓣产生机理进行了简单分析。对定标源散射的发射率展开了评估,分析发射率与采样距离以及采样间隔角度之间的关系,总结了最适合用于评估发射率的采样条件。对于给出的定标源和标定体模型,采用斜入射的方案可作为新的具有接近发射率真值的定标测试方案。     

基于风云三号MWTS的地表比辐射率反演

针对地表比辐射率反演,提出基于氧气二窗口频率下的反演方法。以am大气模型为基础,结合风云三号微波温度探测仪(MWTS)的扫描特性,推导出基于其二窗口频率下的地表比辐射率公式。运用Matlab对地表比辐射率进行仿真,仿真结果反映了地表的陆海特性。     

利用星载SMMR低频数据对塔克拉玛干沙漠地表要素的反演研究

以辐射传输方程为正演模型,用带边界条件的Levenberg-Marquardt方法进行了塔克拉玛干沙漠地区地表要素的反演研究,这些地表要素包括地表温度,下垫面介电常数(含水量)、粗糙度和大气水汽含量等.利用沙漠腹地塔中站和沙漠周边20个气象站的气象和气候资料对反演结果进行了验证,反演的温度精度在2K以内,地面介电常数平均值为2.73.反演研究对获得塔克拉玛干沙漠地区地表面要素的时空分布提供了一种途径.     

呼和浩特区域地表温度反演及其对土地利用/覆盖类型的响应

基于Landsat TM和OLI/TIRS数据反演了呼和浩特 区域的地表温度。经MODIS地表温度产品检验,反演结果的精度较好,平 均相对误差为5%,均方根误差为1.53℃ (R=0.88)。研究结果表明,不 同类型地表的温度不同,最高值出现在建筑用地上,最低值出现在植被和 水体覆盖区域。地表温度与建筑用地、裸地和半裸地分布之间呈正相 关,而与植被分布呈负相关。建筑用地和裸地对地表温度的影响较大,而 半裸地和植被对其的影响则较稳定。     

地表复介电常数的微波测量原理与方法

采用单喇叭法测量地表介质复介电常数的系统简单，操作使用方便，特别适用于测量各种路面、土壤及厚块材料等场合，并可制成便携式设备。如将计算公式等形成相应软件构成仪器组成部分，使用时只要测试出原始数据，即可通过机内软件计算并显示出待测材料的复介电常数。     

一种热红外分裂窗辐射量线性组合的陆地温度遥感反演方法

分裂窗技术已成功应用于海温反演.但当其用于陆地温度反演时,通常产生较大误差.选用7类共51种标准地物,分析研究了各种分裂窗算法用于陆面温度反演所产生的误差及误差来源.提出了新的分裂窗算法,用分裂窗辐射量线性组合代替亮温线性组合.新的分裂窗反演算法受大气影响很小,使陆地温度反演精度优于3K,水体反演精度优于0.15K.     

双通道微波辐射计反演大气剖面的改进算法

利用地基双通道微波辐射计(23.8和31.65GHz)所测量的大气辐射亮温以及地面的大气温度,湿度和压强测量值,给出了一种反演大气温度和水汽密度剖面的非线性回归算法,并利用郑州地区的历史探空资料进行仿真验证,结果表明非线性回归算法较线性回归算法具有更好的大气剖面反演精度.     

输出功率连续线性可调的微波干燥系统设计

针对目前功率可调微波系统存在的问题,设计了一种输出功率连续线性可调的微波干燥系统。通过反馈控制电路调节磁控管谐振腔极板的电压,从而实现微波输出功率的连续线性可调。该系统主要包括独立磁控管灯丝供电、电压-功率非线性校正以及反馈控制的磁控管谐振腔供电电路等3 部分构成。通过实验验证了输入所需的功率密度和实际输出的功率密度之间直线度较好,确定系数R² 为0.9709。     

基于Landsat数据的地表温度反演差异及参数分析

只有基于准确的地表温度反演算法计算出的产品数据,才能正确推广使用。研究基于Landsat-8、Landsat-9和气象站数据,对比了5种常用地表温度反演算法的结果,并对不同算法的反演结果和参数灵敏度进行了测试。结果表明：基于地表比辐射率参数计算的辐射传输方程和单通道算法反演结果与地面实测数据吻合较好。基于大气水汽参数计算的单窗算法和劈窗算法的反演结果均高于实测温度。基于平均温度参数计算的单窗算法反演精度误差较大。此外,比较了两种遥感数据在不同地物上反演温度的一致性。研究结果可为地表温度反演和产品选择提供参考。     

基于植被供水指数的旱区土壤湿度反演方法研究

植被供水指数(VSWI)是进行干旱研究的有效指标,是进行区域土壤湿度反演的重要方法。利用MODIS数据,提取归一化植被指数(NDVI)、修正的土壤调整植被指数(MSAVI)、增强型植被指数(EVI)和地表温度(Ts)等参数,建立植被供水指数、基于MSAVI的植被供水指数(VSWI-M)、基于EVI的植被供水指数(VSWI-E),并对比三种指数反演土壤湿度的效果;在此基础上,建立分区域、基于NDVI阈值的混合植被供水指数(MVSWI)模型,利用20 cm土壤墒情实测数据对模型进行检验,RE,RMSE误差结果显示,MVSWI模型具有较好的精度,可以用来估算土壤湿度。     

沙尘气溶胶对热红外分裂窗通道亮温和地表反演温度的影响研究

沙尘气溶胶通过改变地-气系统的热红外辐射传输可引起地表温度遥感探测结果发生变化.较系统地研究了冬季和夏季沙尘气溶胶光学厚度(AOD)变化对热红外分裂窗通道亮温(BT)和地表反演温度(LST)的影响,以及反演结果受大气水汽和地表因素的作用.红外辐射传输模拟计算表明:1)沙尘气溶胶影响下,热红外分裂窗通道亮温差小于零;2)随AOD增大,BT和LST都减小,其中LST减小的速度大于BT;3)不同水汽含量下LST变化不明显;4)当AOD较大时,LST主要反映沙尘层的温度信息.模拟结果与中国北方典型沙尘实例分析结果有较好的一致性.     

微波链路网对降雨强度场反演的影响研究

为了提升利用微波链路网反演降雨场的效果,针对实际通信基站设计了不同链路数、不同结构的微波链路网,利用基于CT成像原理和Tikhonov正则化原理的降雨场层析模型开展了微波链路网反演降雨场的仿真实验,分析不同微波链路网对反演结果的影响.实验结果表明:不同结构的微波链路网对于不同降雨场具有不同的反演效果,各种微波链路网反演结果的平均偏差和平均绝对偏差均在1.25~4.76 mm/h,平均绝对百分比偏差在3.10%~9.70%,图像质量指标（universal quality index,UQI）值在0.711~0.955;链路数量越多、密度越大、分布越均匀的链路网,反演效果越好.该工作为下一步开展微波链路降水观测网的实际构建和优化提供了技术基础,对于进一步提升气象、水文领域的强降水监测效果具有实际价值.     

基于霍尔效应的微波功率线性测量技术研究

为了提高微波功率测量的准确性,文中将平面电磁波作用于霍尔器件,用解析方法得到了霍尔电压的直流分 量与微波功率密度之间的线性关系。基于同轴线设计了通过式与吸收式两种型号的微波功率探测器。以同轴通过式 为例,在0.1 mW~50.0 mW 的微波功率测量范围内,探测器的线性度达98.28%,瞬态响应时间为3 μs~6 μs,频率响应 范围为1 GHz~10 GHz。实验结果与理论分析结果一致,该新型探测器具有线性度好和响应速度快的特点,有望得到更 为广泛的应用。