大气扰动对深空通信天线组阵性能的影响

利用单站GNSS精密单点定位原理(Precise Point Positioning, PPP)解算天顶方向的对流层大气天顶延迟, 并对其一天内的变化进行统计平均, 结合经典的Kolmogorov-Obukhov“2/3”扰动理论和随机场理论, 基于对流层天顶延迟与大气折射率的时变相关性获得大气结构常数C_n, 并分析了不同大气扰动强度下的二元天线阵大气相位误差.通过计算我国北京、上海、昆明、乌鲁木齐四个甚长基线干涉测量(Very Long Baseline Interferometry, VLBI)深空站处不同时间的C_n2, 评估各站点大气环境的扰动特性对X/Ka频段天线阵系统工作性能的影响, 统计结果表明:除了北京、乌鲁木齐站在1月份的相位误差相对较小外, 各站其他时间在Ka频段的相位误差大多数达到25°以上, 北京的7月和上海的4月甚至高达50°以上, 会严重降低天线阵信噪比合成性能, 影响地面站与深空探测器之间的大容量通信.     

一种基于超短基线干涉仪的大气湍流参数测量算法

目前，对流层大气湍流造成的随机变化的相位误差已严重影响了高频段深空测控通信系统的工作性能.为了量化湍流强度，基于超短基线干涉仪系统接收的地球同步卫星信号，统计信号干涉相位的标准偏差，结合经典的Kolmogorov-Obukhov"2/3"扰动理论和随机场理论建立了大气湍流参数计算模型，实时获取表征湍流强度的物理量:大气折射率结构常数C_n2.分别在郑州、杭州进行了连续多天的晴天、雨天相位观测试验，利用试验数据计算C_n2，并利用气象探空数据经验模型进行了验证.试验数据计算结果显示:C_n2在郑州晴天的正午前后要明显高于早晨和傍晚，而在杭州雨天则没有明显的规律性.C_n2在10-15~10-13的数量级范围变化，与经验模型计算的结果相吻合，验证了算法的合理性和准确性.     

机载差分干涉SAR的误差分析

该文就机载差分干涉中影响精度的几个重要因素进行了详细的分析,为开展机载差分干涉应用提供理论基础。首先考虑机载差分干涉算法流程中引入的误差,指出必须利用外部DEM(Digital Elevation Model)计算本地视角才能实现高精度的形变反演。随后,重点讨论了影响差分干涉SAR (Synthetic Aperture Radar) 的几个重要影响因素:系统参数误差、相干性和大气效应。系统参数中基线和基线角的误差对差分干涉的精度影响最大,由此对机载残余运动的补偿提出了很高的要求。相干性分析又对机载差分干涉中形变像对的基线长度提出了严格的限制条件。和星载SAR一样,机载SAR同样受到大气的影响。通过计算这些因素的对机载差分干涉精度的影响,给出了机载差分干涉精度的表达式。     

基于深度卷积神经网络的大气湍流强度估算

提出了一种基于深度卷积神经网络估算大气湍流折射率结构常数C_n²的方法。将湍流影响下的高斯光束光斑图像作为神经网络的输入,利用深度卷积神经网络提取图像的特征信息,得到C_n²大小,并采用平均绝对误差、平均相对误差、均方根方差和相关系数四个统计量来衡量模型的估算效果。结果表明,该模型能够根据湍流影响下的高斯光束光斑图像对C_n²进行估算,当迭代500次时,相关系数为99.84%,各项误差均在2%左右。该模型在大气湍流特性分析及大气湍流强度估算等领域有一定应用价值。     

基于K-means算法的时序GB-InSAR图像PS实时选择方法

GB-InSAR(Ground-based Interferometric Synthetic Aperture Radar,地基干涉合成孔径雷达)是一种新型的形变测量工具,应用于长期连续监测时,为了保证形变测量的准确性和实时性,通常需要将SAR图像进行分组处理,并基于PS(Permanent Scatterer,永久...     

星载波束扫描合成孔径雷达距离辐射校正研究

针对星载波束扫描合成孔径雷达(Scanning Synthetic Aperture Radar,ScanSAR)图像具有的波束边界条带现象,研究了这种不均匀现象的产生机理和校正技术,分析了卫星姿态误差对校正技术的影响,推导并建立了图像距离向增益的数学模型,提出了星载ScanSAR精确波束边界条带现象校正对横滚角估计精度的要求,为合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)卫星总体分析与设计提供了理论依据.计算机仿真验证了理论分析的正确性和实现方法的可行性.     

利用气象火箭探测资料估算戈壁地区高空折射率结构常数廓线

大气光学湍流严重影响光学系统的正常工作,大气折射率结构常数C_n²廓线的获取是计算大气湍流影响效应的基础,而目前C_n²廓线的实测与估算通常限于平流层底部以下,对于平流层中部以上的C_n²廓线则研究较少。为了研究更高高度的C_n²分布特征,利用戈壁地区气象火箭探测获取的常规气象参数,以30 km为界分两层估算了C_n²廓线,在30 km以上,探索性地尝试了基于Tatarskii公式的参数化方案。研究结果表明：在30 km以下,估算的C_n²数量级和变化趋势与历史数据较一致;在30 km以上,在假定满足均匀各向同性理论情况下,估算的C_n²随着高度增加整体呈减小趋势且变化平稳,平均数量级从10^-20减小到10^-23。由于目前关于湍流的理论基础还不够完善,因...     

面向复杂大气扰动的GB-InSAR相位误差补偿方法

大气扰动是地基干涉合成孔径雷达（GB-InSAR,Ground-Based Interferometric Synthetic Aperture Radar）测量的主要误差源之一。在复杂大气条件下,常规的大气相位补偿方法不再适用,本文提出了一种基于PS（Permanent Scatterer,永久散射体）技术的改进方法。该方法首先通过Delaunay三角网建立临近PS对,分析各临近PS对的差分相位序列标准差,实现PS集合中的噪声点或部分形变点的滤除;然后根据气象数据估计出参考大气相位序列,通过计算剩余PS的干涉相位序列与参考大气相位序列的MIC（Maximal Information Coefficient,最大互信息系数）,结合空间维相干系数,采用双阈值实现稳定 PS的选择;最后采用Kriging插值拟合方法,实现复杂大气条件下的大气相位估计。采用本文所提方法,对九道拐区域实测数据进行了处理,相比于常规方法,有效降低了大气相位补偿误差,保证了GB-InSAR的形变测量精度。      

星载双基地FMCW-SAR高分辨时域成像算法

双基地合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)收发天线分置,结构灵活、功能拓展性强;调频连续波(Frequency Modulated Continuous Wave,FMCW)SAR成本低,广泛应用于空/地基SAR平台.将双基地构型与FMCW体制结合,应用于卫星平台,即构成星载双基地F...     

基于最小熵星载合成孔径雷达电离层效应校正

分析了电离层闪烁效应对低频段星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)方位向分辨率的影响,并基于相位屏方法进行了仿真研究.结果表明,随着电离层闪烁强度的增强,方位向分辨率逐渐降低,当处于强闪烁条件下时,方位向分辨率严重降低,甚至无法成像.利用最小熵方法对加入电离层闪烁效应误差的一副相控阵L波段合成孔径雷达(Phased Array L-Band Synthetic Aperture Radar,PALSAR)图像进行了校正,仿真试验结果表明,最小熵方法可有效校正电离层闪烁效应造成的方位向分辨率恶化的影响,校正后图像方位向分辨率得到了很好的恢复,接近原始无误差图像方位向分辨率,图像质量明显提高.     

Key technology of D-InSAR at X-band for monitoring land subsidence in mining area and its application

In theory, land subsidence measurement results with high accuracy can be obtained by using the Differential Interferometry Synthetic Aperture Radar （D-InSAR） at X-band. In practice, however, the measuring accuracy of D-InSAR at X-band has been seriously affected by some factors, e.g., decorrelation and high deformation gradient. In this work, the monitoring capability of D-InSAR for coal-mining subsidence is evaluated by using SAR data acquired by TerrraSAR-X system. The SAR image registration method for low coherence image pairs, the denoising phase filter for high noise level interferogram and atmospheric effects mitigation method are the key technical aspects which directly influence the measurement results of D-InSAR at X-band. Thus, a robust image registration method, an improved phase filter method and an atmospheric effects mitigation method are proposed in this paper. The proposed image registration method successfully achieves InSAR coregistration, while the amplitude cross-correlation cannot properly coregister low coherence SAR image pairs. Moreover, the time complexity of the proposed image registration method is obviously slighter than that of the Singular Value Decomposition （SVD） method. The comparing experiment results and the unwrapping phase results show that the improved Goldstein filter is more effective than the original Goldstein filter in noise elimination. The atmospheric influence correction experiment results show that the land subsidence areas with atmospheric influence correction are more clarified than that of without at- mospheric influence correction. In summary, the presented methods directly improved the measurement results of D-InSAR at X-band.     

利用数值天气预报产品预报海面光学湍流

利用数值天气预报模式预报产品开展了不同季节海面光学湍流数值预报研究,发现:南北纬30°之间海域海面光学湍流强度和大气相干长度季节变化较小,南北纬30°以外高纬度海域海面光学湍流强度和大气相干长度季节变化显著,夏半球光学湍流强度相对较弱、大气相干长度相对较大,冬半球光学湍流强度相对较强、大气相干长度相对较小.全球大部分海域,10.6 μm光波10m高度光学湍流强度大于10-15m-2/3,0.55μm光波10m高度光学湍流强度小于10-15m-2/3.若沿海面10m高度水平传播10km,全球大部分海域,10.6μm光波大气相干长度大于60cm,0.55μm光波大气相干长度小于6cm.利用两个不同数值天气预报模式同期产品制作的海面光学湍流强度预报全球海域分布特征相似,但模式水平分辨率越高,预报的海面光学湍流强度的水平分布特征越清晰.     

大气超高光谱探测仪临边辐射计算的误差分析——四种大气成分的不确定性实验

利用RFM 模式, 模拟计算了大气红外超高光谱探测仪探测的辐射传输中四种主要大气成分( CO₂、O₃、H₂O 和 N₂O ) 由于吸收线位置、强度和宽度的不确定性导致临边辐射计算的误差。在统计HITRAN2016 数据库中分子吸 收线不确定代码的基础上, 确定辐射传输计算使用不确定代码不小于3 的不确定值。不同分子吸收线的不确定性对 不同高度临边辐射影响不同, 起主导作用的不确定因子也不同。同时还模拟计算了大气红外超高光谱探测仪4 个探 测波段综合多种分子的3 个不确定因子(位移、强度、宽度) 导致的临边辐射误差, 为光谱通道选择和大气参数反演 提供了数据基础。     

762 nm氧分子吸收带在非均匀大气中不同投射角的大气透过率准确模型

762 nm氧分子吸收带的大气透过率模型用包含温度和气压的多项式表示,其多项式系数表示为入射角的余弦的另一个幂级数.类似地,还给出了平均大气透过率模型.数值试验表明,在绝大多数情况下,透过率模型与平均透过率模型的拟合误差(RMS)分别小于0.0001和0.0005,其极大误差分别小于0.0005和0.003.此二模型已用于从空间探测气压廓线的研究.此外,还给出了大气透过率间隔误差的订正方法.     

合肥近地面折射率结构常数C_n~2分布特征及分析

本文通过对合肥郊区中科院安光所气象观测场1995年1～3月近地面层折射率结构常数C2n的统计分析，得到了C2n的日变化特征、概率分布等，同时对C2n和近地面气象要素的关系作了讨论。     

基于中国典型地区大气模式的红外透过率变化特征

利用已经建立的通用大气辐射传输软件(CART)中嵌入的我国典型地区大气模式,分析了红外波段大气透过率随月份的变化特征,并分析了用国外模式近似可能带来的误差.结果分析表明:我国典型地区大气透过率随月份变化很大,夏季比冬季要小10%以上,相邻两个月之间的红外大气透过率之差可能达到10%左右;采用近似国外模式带来的误差可达到50%以上.这些结果进一步说明:在大气遥感、目标辐射测量、图像仿真和光电工程的设计与性能评估等方面的研究中,我国区域内的大气透过率的准确计算必须考虑我国的大气模式及月份.     

大气无线电噪声测量与分析

在中纬地区（河南省辉县）进行了冬季一个月的大气无线电噪声测量。对实测值分别与ＣＣＩＲ－３２２－２＾「１」及ＣＣＩＲ－３２２－３＾「２」报告书的预期值进行了分析比较,结果表明ＣＣＩＲ－３２２－３报告书的预期值较接近于实测值,但还存在一定的偏差,特别是白天偏差较大。     

水平大气信道对圆偏振光偏振特性的影响

基于Mie散射理论利用偏振相关的Monte Carlo仿真方法对圆偏振光在水平大气中传输进行建模仿真。仿真结果表明:在大气能见度为5 km、传输距离为11.16 km条件下,接收光斑中心处保偏性能很好,且优于接收光斑边缘处保偏性能。进行了11.16 km水平大气链路左旋圆偏振光退偏实验,实验结果表明:在大气能见度为5~10 km,大气折射率结构常数Cn2=1.82510-13 m-2/3条件下,左旋圆偏振光经过长距离水平大气信道传输后偏振旋向不发生改变;接收光斑中心处保偏性能良好,优于接收光斑边缘处,和仿真结果趋势一致。