合成孔径高度计的海面回波仿真

本文首先采用经验海浪谱仿真了三维海面,进而在此基础上根据镜面反射理论计算了海面小面元散射系数。然后根据雷达方程和合成孔径高度计的合成孔径处理计算了海面回波信号的矩阵,以便给出最终的功率回波。在目前国内外缺少相应试验数据的条件下,验证了合成孔径高度计工作方式的有效性,经验证其回波模型基本正确。同时,为了与传统高度计比较,给出了传统高度计在相同参数下的回波仿真结果。文章还通过展示合成孔径高度计在同种波高、不同涌浪和风浪方向情况下的回波,说明波浪方向也会影响合成孔径高度计回波。     

兼顾内陆水体水位时空变化特性的合成孔径雷达波形重跟踪算法

合成孔径雷达(SAR)测高技术已被广泛运用于内陆水位监测中,但内陆水域回波复杂,需要波形重跟踪精化才能获取有效水位。内陆水域SAR高度计回波通常包含多个子波形,重跟踪的主要思路是寻找最优子波形,在特定条件下可以获得较合理水位,但在复杂水域或小水体中容易出现最优子波形筛选错误导致水位异常。传统最优子波形筛选主要是基于沿轨或外部数据约束下进行,而本文提出一种不使用外部数据、兼顾了内陆水体水位时间变化连续且空间变化平稳特性的重跟踪算法SaTCoM,首先对波形进行插值平滑,有效提高子波形识别准确度;然后对所有周期沿轨子波形水位集合进行时间向滤波得到参考水位序列;最后将沿轨子波形水位划分为若干区间并将子波形水位“放入”最近区间,在参考水位波动约束下,根据表征沿轨水位空间稳态特性的指标函数,选择最优水位区间子波形水位计算最终水位。选择我国区域68个大中小型水体的水文站实测数据作为验证,对其附近的哨兵-3A/3B/6A卫星SAR回波数据,分别使用SaTCoM算法、OCOG、ICE1、阈值法和MWaPP+算法重跟踪后进行了比较。结果表明,SaTCoM算法所得内陆水体水位与实测数据不符值RMSE为0.3...     

Jason-2高度计数据在中国四大海域的波形重跟踪与分析

在Brown-Hayne模型基础上,利用迭代最小二乘算法实现了回波波形参数的重跟踪,同时利用重心偏移算法(OCOG)、阈值算法对Jason-2 卫星的波形数据在中国渤海、黄海、东海、南海4个海域开展了波形重跟踪试验。试验表明,在4个海域,Brown-Hayne模型法获得的波形重跟踪结果相比较于阈值法、OCOG算法与法国空间局(CNES)公布结果最为一致,相互较差的标准差约2 cm左右。50%阈值算法获得的波形重跟踪结果相比较于其它阈值精度更优,与CNES比较其标准差在3~6 cm,但存在4~10 cm的系统偏差。OCOG算法获得的结果存在较大误差,但其结果可作为Brown-Hayne模型解算的初始值。当卫星地面轨迹靠近大陆时,波形重跟踪获得的海面高改正量会较宽阔海域增大,其中南海区域的海面高改正量最大,可达1 m,其原因可能是卫星地面轨迹经过了西沙群岛,雷达回波波形受到了一定的影响。     

星载合成孔径雷达回波数据仿真研究

本文对星载合成孔径雷达（SAR）图像仿真方法进行了研究,在分析并建立合成孔径雷达回波信号数学模型的基础上,提出了基于分布目标的SAR回波信号数据仿真,进而提出了一种与传统实现方法不同的SAR原始回波数据的生成方法,并用这种方法进行了初步的建模和仿真,验证了其有效性。     

卫星雷达高度计近海波形重构算法进展研究

目前,制约卫星雷达高度计继续发展的一个主要问题是近海海域数据精度较低,并且大范围不可用。在现有的科技条件下,解决该问题的有效方法是波形重构。本文首先介绍了卫星雷达高度计回波波形形成原理,接着对几种用于近海的经典波形重构算法以及几种改进算法做了综述。     

CryoSat-2 SARIn数据干涉处理及DEM获取

CryoSat-2搭载的合成孔径/干涉雷达高度计能够精确地探测海洋与大陆冰面高程变化,其合成孔径干涉模式（synthetic aperture interferometric mode,SARIn）提供的干涉数据可以利用传统差分干涉测量技术反演地面的高程信息,但在欧洲空间局公布的SARIn二级产品没有充分地利用这一信息。介绍了SARIn模式工作原理,并结合传统干涉测量技术,提出利用SARIn一级（level 1b,L1b）数据进行数字高程模型提取的算法和流程。通过数据质量检查,剔除数据中的错误信息;通过信号强度和相干性选择合适的解缠起点,实现干涉数据的逐行解缠;计算出卫星视角,结合卫星姿态、速度、位置和视线向距离等信息计算地面点的三维信息,最终插值生成SARIn DEM（digital elevation model）。利用该算法对2012年1月~4月的SARIn L1b数据进行干涉处理,获得了南极Lambert冰川流域局部地区的数字高程模型。通过对比ICESat DEM和RMAP DEM,表明SARIn DEM具有较高的精度,能够满足南北极等地区的高程变化研究。     

面向森林植被的星载大光斑激光雷达回波仿真

利用星载激光雷达的大光斑全波形数据估测植被结构参数、监测森林生态已受到广泛关注。为了更准确地理解森林植被的结构参数和光学特性对激光雷达回波波形的影响,利用实测森林植被数据提取植被空间分布的统计规律,考虑地形坡度变化和植被冠层反射特性的影响,生成参数化的森林植被空间轮廓反射模型,结合星载激光雷达的回波理论,建立了面向植被的星载激光雷达波形仿真器。由大兴安岭地区的实测植被数据提取的统计规律生成的森林目标仿真波形与地球科学激光测高仪系统（Geoscience Laser Altimeter System,GLAS）真实回波波形具有较好的一致性,平均相关系数R2达到0.91。通过波形仿真分析发现,光斑尺寸减小有利于大坡度地形的森林信息反演,研究成果对中国未来研制星载激光雷达载荷的系统参数设计具有参考意义。     

卫星激光测高植被目标回波的半解析仿真模型

目前激光星载激光测高仪已被广泛应用于植被目标特征的提取,证明了激光雷达在林业行业的巨大应用潜力。植被目标的回波波形复杂,本文提出了一种基于半解析法植被目标的回波仿真模型,可以较好地仿真特定输入参数产生的波形。使用GLAS测高系统经过大兴安岭区域的激光波形和实地林木样地参数为依据,仿真波形与GLAS回波的相关系数R²均达到0.91以上。利用回波仿真模型定量控制如冠层几何形状、区域坡度、地面粗糙度和林下植被的变化并快速获取大量波形的优势,独立地分析每个因素对回波波形的影响,为植被目标反演的数据源选取及对回波波形展宽的分析提供指导意见。     

基于CryoSat-2的北极海冰类型分类

海冰类型是北极海冰监测中的重要变量,详细的海冰类型信息对冰情评估、气候预测和冬季海上交通管理等具有重要意义.CryoSat-2卫星携带先进的合成孔径雷达高度计,具有观测尺度大、能够全天时全天候观测的优势,是研究两极海冰变化的一种方法.本文使用CryoSat-2卫星SAR模式下波形数据识别北极海冰类型,采用阈值法、K-N...     

中分辨率机载海洋雷达高度计信号处理方法及其实现

该文简要地介绍了海洋雷达高度计的工作原理 ,分析了“全去斜坡”技术在高度计信号处理中的时域和频域的对应关系及其相关的控制技术。研制出了分裂门跟踪和全程搜索软件 ,该软件在飞行实验中获得了成功 ,在国内首次获得了海洋回波曲线。首次提出全程搜索的方法 ,在此基础上提出了“平滑归并”的方法进行数据复合处理 ,进而提高了系统的指标     

长江口EnviSat测高数据的波形分类重构分析

采用波形分类重构算法处理EnviSat卫星从2002年10月至2010年5月在长江口近岸海域28°N~32°N、121°E~125°E范围内的波形数据。该区域内海洋波形、波形后缘前端出现峰值的波形、波形后缘后端出现峰值的波形、似镜面波形和复杂波形分别占89.03%、2.95%、0.45%、3.31%和4.26%。根据不同的波形类别采用不同波形算法进行波形重构。同时,分析了不同重构算法之间的系统偏差,并据此确定OCOG算法、Threshold算法和子波形算法的最优阈值水平分别为65%、45%和50%。重构结果表明,波形分类重构算法优于其他波形重构算法,能有效改善原始海面高的精度,改善程度在16.62%~53.86%之间。此外,重构后交叉点差值小于重构前的交叉点差值,与轨迹P089、P411形成的交叉点的海面高差值由1m降低到25cm左右,其余交叉点的差值均在2~6cm。     

利用ENVISAT测高数据监测青海湖水位变化

使用2002年10月～2006年2月的ENVISAT SGDR数据,并利用重跟踪技术实施了距离等相关改正之后,计算了青海湖的水位变化;同时分别利用EGM96、青海省的似大地水准面模型计算了青海湖的正高和正常高相应水位变化,并与青海湖下社站的水文观测数据进行了验证.研究结果表明,利用波形重跟踪技术在某种程度上可以改进内陆水域的距离精度,能够较好地监测出青海湖的水位变化.     

南极Dome A地区高精度DEM的建立——顾及波形重定、坡度改正及数据融合

介绍了CryoSat-2LRM模式下优化后的OCOG、CFI和LIRT的3种波形重定算法。基于南极Dome-A昆仑站区的实测GPS数据,比较了CryoSat-2LRM模式下的3种波形重定方法,对不同波形重定算法下的测高数据进行了精度评估。结果表明优化后的OCOG算法精度最好,与GPS结果平均差值约为-0.07m,标准差约为0.60m,明显优于其他两种算法。通过比较坡度与卫星数据精度的关系,发现坡度因素对于卫星测高数据精度的影响不可忽视,在Dome A地区验证结果表明,坡度改正可使得卫星测高精度提高约38%。最后联合GPS和CryoSat-2OCOG数据,建立了南极Dome-A地区300m分辨率DEM,其精度约为0.24m。     

The DNSC08GRA global marine gravity field from double retracked satellite altimetry

Satellite radar altimetry has been monitoring the earth’s oceans from space for several decades. However, only the GEOSAT and ERS-1 geodetic mission data recorded more than a decade ago provide altimetry with adequate spatial coverage to derive a high-resolution marine gravity field. The original geodetic mission data suffer from degradation in quality and coverage close to the coast and in Polar Regions as well as the occasionally wrongly retracking of these, even in the open ocean. In order to improve the quality of these geodetic mission data and to derive a new improved global marine gravity field called DNSC08GRA, a new double retracking technique for analyzing the waveform data has been developed. Multiple retracking allows the system to retrack more data to increase the spatial coverage of the data. Subsequently, a second retracking run is used to enhance the SSH determination by using information from the first fitting to inform the second set of retrackers about smoothly varying sea state parameters. The development of the new global marine gravity field DNSC08GRA is described in this paper. Besides application of new retracking techniques the radar altimetry has been processed using EGM2008 as reference and augmented with ArcGP gravity data and laser altimetry from ICESat to close the Polar gap. DNSC08GRA is seen to perform significantly better than previous global marine gravity field like KMS02. The improvement in accuracy is better than 20% in general, but in coastal regions, the improvement is in many places of the order of 40–50% compared to older global marine gravity field KMS02.     

顾及陆湖反射差异的卫星测高监测湖泊水位的波形分析与重定

以Jason-2卫星雷达测高数据监测洪泽湖水位为例,分析了湖泊水位沿卫星轨迹呈"V"字形分布的原因。分析发现：由于湖泊面积相对较小,受陆地影响,测高波形中陆地反射信号占主导地位,水面反射产生的上升前缘非常小,导致波形跟踪出错。解释了波形形成的机制、造成水位计算错误的原因,结合遥感影像证明了解释的正确性,并给出了相应的波形重定算法。结果表明,该重定算法优于常用的波形重定算法,剔除异常值后水位标准差为0.09 m,为湖泊区域的测高数据处理提供了一种参考。     

全波形激光雷达的波形优化分解算法

随着数据存储能力和处理速度的提高,三维激光扫描系统逐渐具备全波形采集和分析技术。为了从全波形数据中获得脉冲时间、幅度、脉宽以及多回波分布等综合信息,波形分解成为了全波形激光雷达数据处理的关键技术之一。针对LM算法在一定程度上依赖初值,而传统激光雷达数据处理容易遗漏部分重叠的返回波,本文提出了一种改进回波分量初值设定的算法来获取回波脉冲的位置、宽度和强度。针对一套自主研发的全波形记录激光雷达演示系统进行了波形分解试验,定性和定量分析结果验证了该方法的有效性、可靠性和准确性。     

基于Cryosat和Jason1GM数据的垂线偏差计算与分析

针对不同时空分辨率测高数据对测高垂线偏差计算结果的影响,联合使用Jason1波形数据和Cryo-sat数据,在对波形重跟踪处理和海面时变效应消弱预处理后,采用Sandwell方法和加权最小二乘法计算了三个典型区域的垂线偏差分量。研究结果与EGM2008模型检核表明,低轨道倾角的Jason1大地测量任务数据能有效提取垂线偏差东西分量信息,联合高轨道倾角的Cryosat测高数据可以提升垂线偏差计算精度,而引入重力场模型作为参考场可以进一步改进垂线偏差计算结果。     

非理想航迹城市建筑群MIMO下视阵列SAR三维仿真

在缺少真实下视阵列合成孔径雷达（synthetic aperture radar，SAR）系统而带来数据获取和成像算法研究等困难的当下，下视阵列SAR三维仿真的研究具有重要意义。为了还原载机平台真实的飞行航迹，验证阵列SAR技术在高层建筑物密集城区的地形测绘能力，摒弃传统仿真研究基于匀速直线运动的假设，以高度骤变的城市建筑物为对象，分析构建了多输入多输出（multiple input multiple output，MIMO）下视阵列SAR非理想航迹运动误差模型，提出了非理想航迹城市建筑群MIMO下视阵列SAR三维距离多谱勒成像算法。利用航空平台的航迹与姿态建模仿真技术，以及快速高效的回波仿真技术对成像算法进行了仿真实验，验证了方法的正确性和有效性。     

Coastal Gravity Anomalies from Retracked Geosat/GM Altimetry: Improvement, Limitation and the Role of Airborne Gravity Data

We process geophysical and waveform data records of the Geosat/GM (geodetic mission) satellite altimeter mission for waveform retracking and applications. An improved threshold retracker is developed. The performances of the Beta-5, threshold and improved threshold retrackers are assessed over waters around Taiwan. The improved threshold retracker outperforms the other two. The improvement in the accuracy of sea surface height (SSH) is investigated according to marine zone and the distance of waters to the shore. The improvement rate increases closer to the land, with the largest improvement rate of about 20% in waters within 10 km of the shore. Over waters around islands and coasts, there are still retracked SSHs with large errors. Least-squares collocation is used to compute gravity anomalies from the Geosat/GM altimeter data. Use of retracked SSHs improves the accuracy of gravity anomalies by about 11%. Adding airborne gravity data further improves the accuracy, especially in the immediate vicinity of the coasts. Tide model errors over coastal waters remain a problem in altimetry applications, even if the waveforms are properly retracked.     

单视SAR图像相干斑回波的特征分析与统计

高分辨率合成孔径雷达的相干斑是由雷达信号的干性引起的，并存在于所有相干图像中。根据SAR成橡机理，分析了产生的原因特征，给出了SAR相干斑的确切定义、统计方法。实验表明统计结果与传统方法相比更加精确。