高分三号卫星总体设计与关键技术

高分三号(GF-3)卫星作为我国首颗自主研制的C频段多极化SAR卫星,突破了多项关键技术。卫星在明确SAR载荷的体制和基本配置的基础上,围绕SAR载荷的需求开展卫星平台适应能力的分析以及载荷与平台之间的匹配性研究,形成了一系列卫星特点和技术创新点,主要技术指标达到或超过国际同类卫星水平。     

基于PIES观测东沙群岛附近声传播变化

本研究旨在将PIES观测数据应用于海洋水声环境的监测。利用一次南海PIES观测数据,反演得到温盐剖面,进而计算声场信息。结合观测期间的暖涡及台风事件对反演及计算结果进行了分析验证。结果表明,PIES能够在长期连续观测中较为敏感地捕获上层水体及表面声道的变化特征,为水声通信、探测及潜航路径规划等提供参考,在水声研究及海洋军事环境保障中都具有良好的应用前景。     

超轻量网络的SAR图像舰船目标在轨提取

为了解决遥感卫星信息获取实效性差,严重依赖数据传输通信带宽,难以满足卫星在轨实时提取感兴趣目标需求等问题,本文设计了一种以全局统计为基础的高效舰船目标检测算法和超轻量化疑似目标真伪鉴别网络,实现舰船目标快速提取。采用传统图像处理方法快速检测目标,获取疑似目标切片,大幅降低数据量,采用自主设计改进的基于深度学习的超轻量鉴别网络实现疑似目标二次筛查,进一步提升目标提取精度。在算法模型实时实现过程中,合理优化算法流程和计算方法,建立计算精度误差分析模型,使得算法实时处理的精度、速度、硬件规模以及热耗等方面达到良好平衡。利用GF-3卫星数据对算法进行测试,试验表明该方法对复杂海洋背景环境、斑点噪声高、信噪比低的SAR遥感图像,舰船目标提取的准确性提升20%,达到98%,计算量降低90%,实时性提升50%。该方法兼顾了算法的有效性及在轨实时处理的可行性,可以在当前的星载嵌入式电路中实现并将在某新体制雷达试验卫星上在轨应用,具有良好的应用前景。     

基于ROMS模式的南海SST与SSH四维变分同化研究

卫星遥感观测获得了大量高分辨率的海面实时信息，包括海面温度（SST）和海面高度（SSH）等，同化进入数值模式可有效提升模拟精度。本文基于ROMS模式与四维变分同化方法（4DVAR），使用AVHRR SST和AVISO SSH数据，开展了南海区域同化实验。为检验同化的效果，分别利用HYCOM再分析资料和Argo温盐实测数据分析了同化结果的海面高度、流场及温盐剖面的精度。对比结果表明，SST和SSH的同化能够改善ROMS的模拟结果:同化后海面高度场能够更为准确地捕捉海洋的中尺度特征，与HYCOM海面高度再分析资料相比，平均绝对偏差和均方根误差分别为0.054 m和0.066 m；与HYCOM 10 m层流场相比，东向与北向流速平均绝对偏差分别为0.12 m/s和0.11 m/s，相比未同化均提升约0.01 m/s；温盐同化结果与Argo温盐实测具有较高的一致性，温度和盐度平均绝对偏差为0.45℃、0.077，均方根误差为0.91℃、0.11，单个的温盐廓线对比说明，同化结果与HYCOM再分析资料精度相当。     

微波目标散射特性全要素测量试验

合成孔径雷达SAR（Synthetic Aperture Radar ）以其全天时全天候的观测能力在地表目标识别、灾害监测等领域得到了越来越多的重视,高分辨率、全极化等各类先进SAR载荷卫星的发展日新月异。相对而言,微波与地物目标的相互作用机理仍有待深入研究。在可控无电磁干扰的测试环境下开展典型目标微波特性测量实验,可以再现SAR卫星电磁波与地物目标的相互作用过程,有效提升微波电磁波与典型地物目标相互作用机理的认知水平。本文基于“陆地目标微波特性测量与仿真成像科学实验平台”,在可控环境下对两种典型的人工目标（金属球与四旋翼植保无人机）以及典型自然地物（水稻）目标分别开展了全频段微波散射特性测量与多波段、多极化、多入射角、多方位角成像实验。实验结果表明,金属球的雷达散射截面积RCS（Radar Cross Section）测量值精度较高,在2.5 GHz以上与Mie级数模拟值的均方根误差分别为1.09 dBsm（HH极化）与1.00 dBsm（VV极化）;同时实验平台能够较好地呈现无干扰环境下目标多入射角、多方位角的散射特性。此外,由于结构特征的不规则性和介电特征的不连续性,水稻的0.8—18 GHz连续微波波谱曲线起伏变化较大,这也是导致对自然地物目标的SAR图像解译困难的主要原因之一。