相关型全极化辐射计研究

全极化微波辐射计对海洋风场的测量和研究具有重要意义。全极化微波辐射计通过测量目标的Stokes矢量来得到目标的全部极化信息,这对传统的海洋风场测量是一种有效的补充。全极化辐射计主要包括组合型和直接相关型两种类型,通过着重介绍直接相关型极化辐射计,给出了相关型辐射计的系统框图并从原理上对其进行了分析。任何微波测量都离不开定标,对全极化微波辐射计的定标原理和硬件实现技术也作了详细介绍。     

一种基于海面背景的WindSat极化通道替代定标方法研究

凭借能够测量海面辐射全部4个Stokes参数的能力,全极化微波辐射计成为测量海面风场的一种新手段。由于风向信号仅仅只有几K甚至更小的振幅,故对全极化微波辐射计极化通道的定标精度要求颇高。使用WindSat实测亮温及其海面参数匹配数据集,基于海面风向信号的谐波特征,对WindSat极化通道亮温的定标偏差和仪器噪声进行了计算和分析。研究结果表明:WindSat的10.7、18.7和37.0 GHz这3个频率的极化通道均存在明显的定标偏差,并且该定标偏差会随着升轨和降轨、前向刈幅和后向刈幅等不同观测模态发生变化。另外,WindSat极化通道的仪器噪声较小,其中T3的仪器噪声在0.2 K以内,T4的仪器噪声在0.1 K以内。     

X波段全极化微波辐射计的计算机仿真

全极化微波辐射计是未来星载遥感海面风场的重要微波遥感仪器,可为短期天气预报、气候学和海洋学研究提供重要的有价值信息,利用软件平台对全极化辐射计进行计算机仿真对于系统设计和全极化定标技术仿真验证具有重要的意义。对X波段相关型全极化微波辐射计进行了计算机仿真,基于ADS软件平台建立了相关型全极化微波辐射计系统仿真模型,对仿真模型有效性进行了验证,并在仿真模型基础上对全极化定标技术进行了仿真验证。结果表明仿真模型准确有效,可为系统设计和全极化定标仿真验证提供参考。     

全极化微波辐射计与传统微波辐射计星上定标方法比较分析

高精度星上定标是辐射计测量数据稳定可靠的关键。概述了传统微波辐射计两点定标方案和全极化微波辐射计星上定标的特点,对已提出的3种全极化定标方案应用于星上定标的可行性展开初步分析,并针对传统辐射计和全极化辐射计星上定标方案的差异,从定标方程、定标误差和定标精度3方面进行了对比分析。
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全极化微波信号海面风场反演技术现状与发展趋势

全极化微波辐射计是一种新型的被动微波遥感仪器,可以测量海面辐射的全部4个Stokes参数,提供了测量海面风场的一种新方法。首先介绍了国内外先进微波辐射计的技术特点及其海洋遥感应用情况,然后描述了海面微波发射信号的变化机理,以及海面全极化信号的风向谐波特征及其反演海面风场的优势,归纳了全极化微波信号海面风场反演的总体技术思路和产品精度,最后分析了全极化微波辐射计风场反演的关键技术和难点,并对该项技术的发展进行了展望。     

全极化微波辐射计中数字相关器的误差分析

全极化微波辐射计是测量目标微波辐射特性的被动式遥感器,它是在传统的微波辐射计基础之上对幅度、频率和相位等极化信息的全部提取技术。数字相关器是利用高速模数转换器以及可编程逻辑器件FPGA实现对水平和垂直通路信号量化处理和相关运算。相比模拟相关器,数字相关器有高带宽和避免受到直流干扰的优点,但是在量化过程中也引入了量化误差。分析了空间中心研制的数字相关型全极化微波辐射计系统中8 bit量化对量化前后相关系数的影响。通过确定合适的A/D量化阈值,确保数字相关器的误差对辐射计系统的影响最小,并通过建模仿真验证了分析结论的可靠性。结果表明项目研制的8 bit数字相关器的量化误差对系统误差的引入量是可以忽略的。     

小波离散点插值处理在综合孔径微波辐射计中的应用

土壤湿度和海水盐度是影响全球气候和水体循环的重要因素,但是对土壤湿度和海水盐度的测量都需要较低的微波测量频率,这时天线孔径和空间分辨率的矛盾就更加突出,而应用综合孔径微波辐射计就是在减小天线孔径和重量的前提下提高空间分辨率的一项新兴的被动微波遥感技术。综合孔径微波辐射计测量的是视场范围内亮温分布对于天线阵中不同基线的干涉天线单元之间的可见度函数分量,根据测得的可见度函数可以反演得到亮温图像。在综合孔径微波辐射计设计中,天线阵列设计和成像反演算法是两项关键技术。提出一种基于小波变换的离散点插值方法,它对二维综合孔径微波辐射计的Fourier成像反演算法进行了修正处理。     

23.8GHz数字相关型全极化微波辐射计的定标及其影响分析

为实现全极化微波辐射计对海面风场的高精度测量,不但需要特殊的全极化定标基准,同时需要高稳定性的接收机系统。恒温控制是提高系统稳定性简单有效的途径之一。基于23.8GHz的数字相关型全极化微波辐射计,考虑温度对于定标的影响,采用特殊的温控方案,设计出一套恒温控制系统,使辐射计工作在一种稳定的状态下。实验结果表明:通过恒温控制可以使辐射计工作维持在一种稳定的状态,从而可以简化定标过程,延长定标周期,同时保证定标精度的要求。     

一种一维综合孔径微波辐射计的定标方法

综合孔径微波辐射计是被动微波遥感发展的新方向。综合孔径技术利用了以小口径天线阵列合成大的观测口径的技术，解决了在较低频率时天线物理口径要足够大才能得到期望的空间分辨率的严重缺陷。土壤湿度和海水盐度是影响全球气候和水气循环的重要因素。这些参数一般是在L波段范围观测得到，综合孔径辐射计就是减少天线孔径和重量，并最终可以观测反演出这两个参数的一项新兴技术。综合孔径辐射计不同于全功率辐射计，它测量的是视场亮温分布对于天线阵中不同基线长度的可视度函数分量。它的系统主体是稀疏天线阵和多通道相关接收机。在实际应用中，要得到土壤湿度等参数的反演，较高的系统亮温分辨率以及亮温与测量量之间的准确对应是至关重要的，这即是定标工作要完成的任务。定标直接影响微波辐射图解译和判读的准确度，是实现定量化微波遥感的前提。针对一雏综合孔径辐射计系统，给出了一种定标方案。其中分析了天线阵以及多通道相关接收机部分的定标，由得到的矩阵形式的空间频率响应信息推出了亮温图像的反演公式。     

干涉式被动微波成像技术

近年来,大气、海洋和陆地土壤水分遥感的应用对被动微波遥感器的空间分辨率提出了越来越高的要求。但是传统的微波辐射成像技术在分辨率达到一定高度时,由于波束在每个分辨像元的驻留时间越来越短,以致对辐射亮温的测量分辨率产生了影响,这就使得采用传统扫描成像技术来提高空间分辨率的技术路径成为不可能。文章较为详细地综述了近年来发展起来的一种新的微波辐射成像技术--干涉式被动微波成像技术（或称为综合孔径微波辐射成像技术）。在阐述其原理时,采用了新颖的切入点,从被观测目标的空间频谱特征和如何对其进行采样入手,试图从另一个角度揭示干涉式辐射成像技术的基本原理,并使其更加系统化。在介绍实际的成像系统时,将重点放在二维成像系统上,其中时钟扫描成像方式和伪极网格图像反演方法是作者最新的研究成果。     

一种适用于WindSat的地理定位方法

星载全极化微波辐射计WindSat为海面风场的被动微波遥感提供了有效的手段。WindSat亮温需要经过地理定位才能形成包含目标位置信息的有效物理量。地理定位是辐射计数据预处理的重要环节。针对WindSat圆锥扫描方式,将Patt94定位算法进行修改,应用于WindSat地理定位中。详述了定位的计算过程,给出了定位结果,讨论了误差分析方法。通过模拟WindSat轨道,对可能的定位误差来源展开分析,着重分析了辐射计姿态误差、扫描方位误差对定位的影响。最后,就辐射计姿态校正进行了讨论。     

FPIR实时快视成像方法

一维全极化综合孔径辐射计(Full Polarization Interferometric Radiometer,FPIR)是一种轻量化的高空间分辨率的综合孔径微波辐射计系统。基于综合孔径辐射计成像原理及X波段FPIR原理样机,提出一种快视成像方法:(1)对原始数据进行抽取和平均,降低实时处理运算量;(2)简化误差处理过程,进而利用傅立叶变换法和G矩阵法反演亮温。通过对FPIR原理样机的地面实验,验证了该实时快视成像方法的有效性。     

基于变密度稀疏采样的微波辐射干涉测量反演成像方法

针对微波辐射干涉测量在频域中进行测量值具有低频信息较少、高频信息丰富,且低频信息和高频信息分布比较集中的特点,提出了一种基于变密度稀疏采样的微波辐射干涉测量方法.该方法将测量的频域信息进行分块,根据不同块所包含信息量的不同,利用变密度进行稀疏采样.考虑微波辐射图像本身具有的梯度稀疏性和局部光滑性特征,建立全变差正则化约束的成像模型,并采用交替迭代算法进行微波辐射图像最优重构.仿真和实验结果表明,结合变密度稀疏采样方法和交替迭代重构算法能够快速、准确地反演高分辨率微波辐射图像;在总采样率相同的情况下,该方法能够大幅度提高反演图像的分辨率,且对低采样率情况效果显著.     

机载8毫米成像微波辐射计图像预处理

机载8毫米成像微波辐射计以中国海监飞机为平台,是国家863计划课题《航空遥感多传感器集成与应用技术系统》中的重要传感器之一,主要用于海洋溢油与海冰参量监测。微波辐射计图像处理技术为溢油体积、海冰厚度等信息特征的提取提供了依据,解决微波辐射计图像空间分辨率与温度分辨率相互制约问题,提高图像空间分辨率,并保持目标边缘清晰。对机载8毫米成像微波辐射计飞行实验数据的分析以及图像预处理方法作了详细介绍,并且获取到预期的航空遥感图像,对今后进一步的辐射计图像处理打下良好的基础。     

AMSR-E数据散射与极化指数检测2008年1月中国南方冰雪灾害

全天候全天时微波遥感是监测自然灾害的重要手段。星载被动微波遥感测量的多通道辐射亮度温度对全球和区域性天气与气候、大气降水、陆地水文、海面风场等物理信息的获取已发挥了重要的作用。2008年初中国通常温暖的南方发生暴雪和冰冻灾害,用业务运行的多通道辐射亮度温度算法产品却无法识别这一冰雪灾害。通过对积雪层的矢量辐射传输模拟,根据多通道微波扫描辐射计AMSR-E数据的散射与极化特征指数、往年同时期同地区正常条件下的平均特征指数以及先时特征指数的变化,构成新的判据流程,能有效地识别中国南方区域性冰雪自然灾害。     

星载全极化微波辐射计海面风向反演仿真研究

全极化微波辐射计是一种可以测量海面辐射全部4个Stokes参数的新型被动遥感仪器,是测量海面风场、尤其是海面风向的新手段。介绍了国际首台全极化微波辐射计WindSat的海面风向信号谐波特征,在分析风向反演180°模糊度现象的成因基础之上,提出了利用WindSat能够进行前-后向双视扫描的优势去除风向反演180°模糊度问题的思路;通过构建海面风场仿真场景,在WindSat模拟亮温数据中加入高斯白噪声后,使用最大似然估计法和中值滤波技术开展了海面风向反演。比较和分析了使用WindSat前向刈幅和WindSat前-后向刈幅观测数据的风向反演结果。结果表明:由于能够有效去除风向反演180°模糊度,使用前-后向刈幅观测数据的风向反演精度要明显优于仅仅使用前向刈幅的反演结果。     

机载综合孔径辐射计图像和光学图像融合及评价

微波辐射计图像可以很直观的反映地表亮温,但其分辨率不高且图像地物的几何外形不明显等缺点给研究带来诸多不便。现有一些光学图像与之相比,具有分辨率高,几何外形更清晰等优点。如何有效利用光学图像的信息来研究辐射计图像是一件有意义的课题。采用IHS方法、PCA方法、小波方法对机载综合孔径微波辐射计图像和Landsat ETM+图像进行融合。从对实验结果定量和定性的分析表明小波融合方法更具潜力。融合结果中可以看出在多光谱图像中表达相似的地物,可 以很快的在图像中分辨出来。结果图像基本上保持了辐射计图像的辐射特性,并且融合了光学图像的不同地物的光谱信息,为在辐射计图像上对大区域地物的解译和分析带来方便。     

典型地物的毫米波双极化辐射特性测量技术研究

针对典型地物目标的毫米波双极化辐射特性数据库不完善的问题,对天空、水面和植被土地3种典型地物目标进行8mm波段双极化辐射特性研究,并对比水平和垂直方向的辐射温度,分析它们的极化现象;根据毫米波辐射测量的基本原理,设计了8mm波段双极化辐射计和定标源;以典型地物背景的毫米波辐射特性为基础,利用8mm双通道辐射计对3种地物背景的辐射特性数据进行采集,并进行处理与分析;实验探究了不同地物背景的极化效应,丰富了辐射特性数据库,为典型地物目标成像和目标识别提供了有效的数据支持。     

某静止卫星海洋辐射计指向镜的操控软件设计

静止卫星海洋成像辐射计是测量海洋目标辐射特性的被动式遥感器。为了使静止卫星探测器达到对探测区域的全覆盖,需要系统计算机处理器驱动控制精密机械转台带动光学指向镜规律运转。文章利用Visual C++开发工具设计一款成像辐射计指向镜的操控软件,通过串口通讯驱动控制指向镜,使得海洋成像辐射计依靠二维指向镜做东西与南北方向的运动指向,实现覆盖区域的调整和观测。在设计中调用了PI公司六轴转台的库函数,运用多线程技术,控制基于PI转台的指向镜巡扫模式可调、运动速度可调。通过软件的增量化设计和测试,结合整机在海上塔台对水体光谱连续采集的外场试验,验证了该软件的设计实现达到海洋辐射计指向镜精密控制的目标,有效提高了地面光学测试和数据处理的工作效率。     

非降水条件下微波辐射计海面风遥感产品性能分析

通过对5种微波辐射计SSM/I、SSM/IS、TMI、AMSR\|E和WINDSAT以及2种微波散射计ASCAT和QUIKSCAT多年的海面风产品同浮标同步的实测资料进行数据匹配处理,再对匹配后的数据进行数据分析和统计。研究结果表明:微波辐射计遥感海面风的性能在1 m/s左右,可以满足绝大多数应用的需求。微波辐射计的低频海面风产品性能优于中频产品,但是中频数据地面分辨率高,建议在近海应用中使用中频产品,在大洋应用中使用低频产品。就不同微波辐射计而言,AMSR\|E和WINDSAT性能较优,SSM/I和SSM/IS性能较差,TMI则处于中等水平。微波辐射计测量风速的性能与微波散射计相比处于同一水平,但在高风速段微波辐射计有一定优势。微波辐射计中仅全极化微波辐射计WINDSAT具有测量海面风向的能力,在低风速段,WINDSAT测量海面风向的性能远远不及微波散射计,只有风速超过6 m/s时,WINDSAT提供的海面风向数据才能符合应用的需求。当风速超过8 m/s后,WINDSAT遥感海面风向的能力就和微波散射计基本一致。在此基础上,提出了强风条件下深入研究的必要性,并对浮标测风存在的问题做出了初步的分析并指出了改进的方向。
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