地基雷达的微波面散射模型对比与土壤水分反演

为了探究地基合成孔径雷达(c GBSAR)后向散射信号的时空变化规律和研究雷达土壤水分反演的影响因素,在内蒙古闪电河流域的昕元牧场站进行了地基雷达观测试验,本文结合以上观测试验的地基雷达数据进行波段、入射角度、极化通道3个雷达参数以及地表粗糙度参数对雷达的后向散射系数影响的分析,然后利用以上分析结果选择地表微波面散射模型,最后利用选定的地表微波面散射模型构建人工神经网络数据集来反演地表土壤水分。结果表明:(1)在地基雷达视场内,各地表微波面散射模型的模拟结果与地基雷达实测的L波段全极化数据拟合效果最佳的是AIEM-Oh模型。(2)通过对20°—60°范围内的雷达入射角度的AIEM-Oh模型后向散射系数模拟的绝对残差分析发现,雷达入射角为25°、41°和53°时模拟结果最接近雷达实测值。(3)最后通过分析土壤水分反演结果发现,当雷达入射角度为41°时的土壤水分反演精度最高,相关系数R是0.8080,RMSE是0.0385 m~3m~3。本文的结论是雷达后向散射信号受到雷达入射角度和地表粗糙度相互作用的影响,因此通过考虑地表粗糙度来合理的选取雷达入射角能够提高土壤水分的反演精度。     

海底入射角对多波束反向散射强度的影响及其改正

综合考虑测船姿态、声线弯曲和海底地形对入射角的影响,推导了计算多波束海底入射角的实用模型。根据Lambert法则,改正海底入射角对反向散射强度的影响。实例计算结果表明,所述模型能精确地计算波束在海底的入射角,有效地改正其对反向散射强度的影响。     

地形引起的雷达辐射畸变及其校正

合成孔径雷达影像由于其侧视特点 ,存在着严重的地形引起的几何畸变及辐射畸变。辐射畸变不仅对 SAR辐射标定造成困难 ,而且严重影响了影像分类、土壤湿度信息提取、森林蓄积量信息提取等应用。本文将辐射畸变归结为面积效应和局部入射角效应 ,推导了散射面积归一化因子 ,以消除辐射畸变的面积效应。提出了一种以局部入射角的线性函数表达的后向散射模型 ,在此基础上 ,给出了消除局部入射角效应的校正函数。最后 ,以RADARSAT SAR影像进行地形辐射畸变校正的试验与分析     

ENVISAT/ASAR多角度干涉雷达数据山区DEM生成及精度分析

在地形起伏较大的山区用干涉SAR生成DEM时,合适的入射角是获取高精度DEM的重要参数之一.本文基于ENVISAT/ASAR多角度干涉雷达数据,SRTM 90米分辨率的DEM以及1:5万的数字化DEM数据,从定性和定量的角度比较和分析了干涉SAR在获取山区DEM时,入射角对DEM精度的具体影响.结果表明:对于ASAR的多入射角干涉雷达数据,在不同入射角条件下由于雷达叠掩和透视收缩的影响,获取的DEM精度差别很大,入射角带来的影响相当显著,比如IS2和IS4角度得到的DEM的精度差超过了6米.因此,在山区干涉SAR地形成图时,必须对入射角的大小进行严格的选择.     

合成孔径雷达影像地形校正半经验模型

结合SAR成像特点和数学理论知识,给出左视、右视两种侧视成像情况下影响地形起伏区域SAR后向散射的本地入射角理论计算模型,基于微波散射物理模型AIEM,模拟不同雷达入射角下地形坡度、坡向对SAR数据后向散射的影响,结果表明雷达入射角相对较小的SAR数据受地形起伏影响较小,是地形起伏地区SAR应用的最佳数据源。并提出一种SAR影像后向散射系数的地形校正半经验模型。地形校正过的SAR影像分类总体精度较未校正SAR影像提高12%。     

ENVISAT ASAR 数据用于水稻监测和参数反演

用雷达后向散射模型模拟了水稻生长周期内入射角对雷达后向散射的影响关系。用模拟结果归一化雷达数据的后向散射系数，得到同一入射角下水稻周期内后向散射系数时间序列值。分析了归一化ASAR数据与水稻生物参数的关系，实验结果表明，ASAR数据可以用来估测水稻参数。     

含水含盐土壤的微波介电特性分析研究

用微波网络分析仪测量了实验室制备的各种不同含水量,含盐量的土壤样品的复介电常数,研究了介电常数的实部和虚部与频率、盐度、含水量的关系。研究表明:频率、盐度对土壤介电常数实部的影响很小;对于某一特定土壤,其介电常数的实部由土壤的含水量决定;在较低频率范围内（f<2GHz）,虚部随着频率的增大而迅速下降,高频部分则趋向于一定值,波长较长的波段,如P波段或L波段对土壤含盐程度具有更高的敏感性,含盐量对虚部在较低频范围（f<5GHz）影响很大。同时,采集了内蒙古吉兰泰盐湖区的土壤样品,并测量了其复介电常数,与同步过顶的RADARSAT图像进行了相关分析。分析结果表明雷达图像记录的后向散射强度与含盐土壤复介电常数实部的相关系数为0.23,与虚部的相关系数为0.66,即雷达图像观测的含盐含水士壤的后向散射强度与土壤的含盐量相关性较高。这为利用微波遥感进行土壤盐碱化程度监测,提供了可能和实验依据。     

用双矩阵法和积分方程模型估算地表的亮度温度

提出了一种估计覆盖植被的地表亮度温度模型。模型中的植被看作是不同大小和朝向的离散散射体如叶、茎、杆构成。植被层内的体散射以及植被与地表之间的多次散射采用了双矩阵法(M atrix Doub ling)计算,地表辐射采用了积分方程模型(Integral Equation M ethod)。较高频率上的模拟结果显示植被的辐射是主要的,植被对地表辐射的衰减作用较明显。模拟的亮度温度跟SGP99机载C波段以及AMSR-E的X和Ku波段实测数据相比接近一致。     

一种裸露土壤湿度反演方法

针对目前土壤湿度反演方法研究较少且缺少实时性的现状,该文提出一种土壤湿度反演方法——最小二乘支持向量机技术。以积分方程模型为正向算法,数值模拟不同雷达参数(频率、入射角及极化)下后向散射系数随土壤含水量和地表粗糙度的变化情况。经过数据敏感性分析,选取C-波段和X-波段、小入射角下的同极化后向散射系数作为支持向量回归的训练样本信息;经过适当的训练,利用支持向量回归技术对土壤含水量进行了反演研究;并考虑通过多频率、多极化、多入射角数据的组合,消除地表粗糙度的影响,提高反演精度。模拟结果表明,该方法反演土壤湿度具有较高的精度和较好的实时性;同时,与人工神经网络方法的结果比较,证明了该方法的有效性,为土壤湿度的反演研究提供了一种方法。     

海底底质分类反向散射强度三维概率密度法

反向散射强度随入射角变化信息蕴含海底底质特性,是多波束海底底质分类的重要数据源。目前,多波束海底底质分类主要提取平均反向散射强度随入射角的变化信息或基于声呐图像,没有综合考虑两者的相关信息。本文综合考虑平均反向散射强度随入射角变化信息及其概率密度分布,绘制三维概率密度图,提出了基于反向散射强度三维概率密度图的海底底质分类方法。实例计算结果表明:该方法能直观表达多波束条带覆盖区内不同海底底质类型的数量,有效判断不同海底底质类型的边界,实现海底底质类型的快速识别。     

全天空偏振模式及其影响因素初探

太阳光入射与地表、大气相互作用,会在天空中出现较为稳定的天空偏振模式图,即以太阳为中心,天空中的偏振信号呈现一定的规律分布。影响天空偏振模式图的强度及形态主要由地表反射性质、空气分子散射性质及气溶胶光学性质共同影响。本研究利用矢量辐射传输模型,以海洋下垫面为例,在获取沙尘非球形与煤烟非球型气溶胶单次散射性质的基础上,模拟了不同气溶胶光学厚度情况下的全天空偏振模式图。结果表明,天空以太阳入射方向为中心呈现一个较为稳定的天空偏振模式图。沙尘型散射气溶胶光学厚度的增大会减弱该模式图的强度,而煤烟型吸收气溶胶光学厚度的增大会增大该模式图的强度。利用双模态(沙尘型与煤烟型混合)气溶胶模型,系统分析不同气溶胶比例情况下的天空偏振模式图,结果表明全天空偏振模式图的基本模态依旧存在,但是其强度受气溶胶模型与光学厚度双重影响。因此在利用全天空偏振模式图进行气溶胶光学性质反演时需要注意气溶胶模态信息的选择。     

卫星遥感大气订正的参数化模式及其模拟应用

发展了一个用于卫星大气订正的参数化模式,包括一个新的程辐射亮度模式和一个参数化的朗伯地表一大气辐射耦合引起的亮度增量模式.应用最小二乘法,程辐射亮度被参数化为大气总光学厚度、一次散射反照率、太阳天顶角、视天顶角、方位角、大气不对称因子的函数.应用这一参数化的亮度模式进行大气订正应用的数值模拟,即进行卫星遥感地表光谱反照率的模拟试验.数值检验结果表明对于865 nm,670nm,550nm和412nm 4个MODIS通道,在0°-70°的太阳天顶角、0°-60°视观测角以及0.05-0.8的地表反照率条件下,参数化的向上辐射亮度的标准差小于4%,由该参数化亮度模式引起的地表反照率解的标准差小于0.03.     

多次散射对向上漫射散射系数及漫射吸收系数影响的数值研究

在假定水体表面为镜面、水体中无内光源及非弹性散射的情况下、利用多次散射理论, 研究了在固定体散射函数的情况下, 不同的入射天顶角、单次散射反照率和散射系数对向上漫射散射系数, 上、下行漫射吸收系数的影响。结果表明: 在紧贴水表的下层, 向上漫射散射系数随入射辐射天顶角的增大而增大, 但不随单次散射反照率和散射系数的改变而改变; 当入射辐射为垂直入射时, 向上漫射散射系数的深度廓线随深度呈现单调增的趋势, 并逐步接近一个恒定状态; 随着入射天顶角的增大, 该单调现象发生了变化, 出现先增大后减小, 再逼进恒定状态, 且这个恒定值随单次反照率增大而增大。下行漫射吸收系数随着入射天顶角的增大, 其廓线由单调增加过渡到先增大后减小; 在散射系数和单次散射反照率相同的条件下, 不同入射天顶角的下行漫射吸收系数逐渐收敛于同一稳定的状态。且单次散射率越小, 这种收敛的速度越快, 达到恒定状态的深度也越浅。上行漫射吸收系数的主要特征基本与下行漫射吸收系数类似, 而且两个恒定值均大于属于固有光学参数的吸收系数, 其中向上漫射吸收系数最大。     

Detailed gravimetric geoid for the North Atlantic

A detailed gravimetric geoid in the North Atlantic Ocean, named DGGNA-77, has been computed, based on a satellite and gravimetry derived earth potential model (consisting in spherical harmonic coefficients up to degree and order 30) and mean free air surface gravity anomalies (35180 1°×1° mean values and 245000 4′×4′ mean values). The long wavelength undulations were computed from the spherical harmonics of the reference potential model and the details were obtained by integrating the residual gravity anomalies through the Stokes formula: from 0 to 5° with the 4′×4′ data, and from 5° to 20° with the 1°×1° data. For computer time reasons the final grid was computed with half a degree spacing only. This grid extends from the Gulf of Mexico to the European and African coasts. Comparisons have been made with Geos 3 altimetry derived geoid heights and with the 5′×5′ gravimetric geoid derived byMarsh andChang [8] in the northwestern part of the Atlantic Ocean, which show a good agreement in most places apart from some tilts which porbably come from the satellite orbit recovery.     

双矩阵算法的L波段多角度玉米微波辐射参数化模型

双矩阵MD(Matrix-Doubling)算法是辐射传输方程的一种数值解,考虑了植被层内的多次散射信号,具有较高的模拟精度。但受限于算法的复杂性,很难直接应用到地表参数的反演中。本文以玉米覆盖地表为研究对象,基于MD算法的模拟数据,发展了一种L波段多角度微波辐射参数化模型。基于模拟数据的对比结果表明,参数化模型具有与理论模型相当的精度,两者之间的发射率误差不超过0.004(V极化)和0.007(H极化)。同时,结合黑河流域的地面实测数据,利用本论文中发展的参数化模型模拟了纯玉米像元的辐射亮温。该模拟结果与相同像元尺度上机载L波段微波辐射计(PLMR)观测亮温之间的差异基本在10 K以内。     

降雨对Ku波段旋转扇形波束散射计影响

星载散射计测量的归一化后向散射截面是有关海面毛细重力波的大小和方向的函数:散射计的回波强度与海面毛细重力波的振幅成正比;风向对后向散射系数具有调制作用。因此,可以利用散射计的数据,根据地球物理模型反演出具有高精确度、无雨和中低风速条件下的海面风场矢量。然而高达10%的散射计测量数据会受到降雨影响(Nie,etal.,2008),尤其工作在Ku波段的散射计。降雨对海面散射幅度的影响主要包括:(1)降雨对雷达波的衰减和散射;(2)降雨改变海洋水面形态和海面粗糙度。     

Microwave response to broad leaf vegetation (Spinach) and vegetation covered moist soil for remote sensing

Soil moisture is one of the most important parameter which controls the growth of the vegetation. For accurate data and sufficient information to increase food production, remote sensing technique is highly useful. This paper deals with the bistatic microwave response of spinach and spinach covered soil moisture at various growth stages on X-band if the frequency spectrum. The microwave response of spinach in different stages of growth have been studied in terms of scattering co-efficient (σ^°). The look angle effect on σ^° is observed for like polarization i.e. (VV-and-HH) only. A linear regression analysis has been done between the vegetation covered soil moisture and scattering co-efficient. It provides an idea that VV-polarization is more sensitive than HH-polarizalion for vegetation covered soil moisture and best suitable look angle for observing vegetation covered soil moisture is less than 40°(θ<40°).     

AIEM模型在积雪散射模拟中的应用

 介绍一种基于一阶辐射传输的积雪散射模型。该模型考虑了积雪覆盖地表微波散射的3种回波分量： 雪层表面散射、下垫面散射以及雪层体散射。对于其中2个面散射分量，文章中应用一种新的面散射模型——AIEM取代原有的IEM模型进行处理。最后，使用Michigan大学的实测数据对改进后模型的模拟结果进行验证，并与改进前的模拟结果进行了对比。     

GNSS-R海面目标成像仿真方法研究

结合物理光学法及传统复合电磁散射计算模型中的"四路径"方法，以GNSS信号为信号源，提出了一种基于高频散射理论的GNSS-SAR成像模型，建模过程考虑了多路径散射、遮蔽、漫散射等效应，较好地描述了电磁散射效应对海面场景GNSS-SAR成像的影响。根据电磁散射效应，分析了海面风速对成像效果产生的干扰情况，发现在本文仿真场景下，9 m/s风速海背景下的目标能够被识别出来，17 m/s风速海背景下的目标几乎淹没在海杂波中。     

The effect of topography on the determination of the geoid using analytical downward continuation

The method of analytical downward continuation has been used for solving Molodensky’s problem. This method can also be used to reduce the surface free air anomaly to the ellipsoid for the determination of the coefficients of the spherical harmonic expansion of the geopotential. In the reduction of airborne or satellite gradiometry data, if the sea level is chosen as reference surface, we will encounter the problem of the analytical downward continuation of the disturbing potential into the earth, too. The goal of this paper is to find out the topographic effect of solving Stoke’sboundary value problem (determination of the geoid) by using the method of analytical downward continuation. It is shown that the disturbing potential obtained by using the analytical downward continuation is different from the true disturbing potential on the sea level mostly by a −2πGρh 2/p. This correction is important and it is very easy to compute and add to the final results. A terrain effect (effect of the topography from the Bouguer plate) is found to be much smaller than the correction of the Bouguer plate and can be neglected in most cases. It is also shown that the geoid determined by using the Helmert’s second condensation (including the indirect effect) and using the analytical downward continuation procedure (including the topographic effect) are identical. They are different procedures and may be used in different environments, e.g., the analytical downward continuation procedure is also more convenient for processing the aerial gravity gradient data. A numerical test was completed in a rough mountain area, 35°<ϕ<38°, 240°<λ<243°. A digital height model in 30″×30″ point value was used. The test indicated that the terrain effect in the test area has theRMS value ±0.2−0.3 cm for geoid. The topographic effect on the deflections of the vertical is around1 arc second.