星载激光测高技术进展EI北大核心CSCD

星载激光(雷达)测高技术已经逐步成为全方位全球观测的技术手段之一,其高测量精度、全天时测量能力、高效三维测量的特点在许多科学领域都具有独特的优势。本文讨论当前两类星载激光测高技术的工作原理、数据处理方法,并探讨了星载激光测高数据在对地观测和深空观测科学研究中的代表性应用;最后展望了未来星载激光测高技术的发展趋势。期望本文对从事星载激光测高研究、开发和应用的同行们有所裨益。     

雷达成像原理──“成像雷达微波遥感知识”介绍之二

一、概述 在第二次世界大战中发展起来的雷达,最初只是用来实时搜索飞机目标。随着科学技术的进步,到40年代后期,雷达已经可以成像了。 有源微波遥感中,应用最多的是侧视雷达及散射计。侧视雷达分为合成孔径侧视雷达和真实孔径侧视雷达两类。前者又有机载和星载两种,而后者只有机载一种。这是因为合成孔径侧视雷达的分辨率与距离和高度无关,在星载情况下仍能获得很好的分辨率;而真实孔径侧视雷达却因分辨率是距离和高度的函数,在星载情况下,分辨率很低,所以基本上只用于机载。当然,真实孔径侧视雷达的造价要比合成孔径侧视雷达低得多,在对分…     

雷达成像原理──“成像雷达微波遥感知识”介绍之二

一、概述 在第二次世界大战中发展起来的雷达,最初只是用来实时搜索飞机目标。随着科学技术的进步,到40年代后期,雷达已经可以成像了。 有源微波遥感中,应用最多的是侧视雷达及散射计。侧视雷达分为合成孔径侧视雷达和真实孔径侧视雷达两类。前者又有机载和星载两种,而后者只有机载一种。这是因为合成孔径侧视雷达的分辨率与距离和高度无关,在星载情况下仍能获得很好的分辨率；而真实孔径侧视雷达却因分辨率是距离和高度的函数,在星载情况下,分辨率很低,所以基本上只用于机载。当然,真实孔径侧视雷达的造价要比合成孔径侧视雷达低得多,在对分辨率要求不太高的时候,如地质遥感,机载真实孔径侧视雷达也有广泛的用途。     

基于DEM与可见光图像的机载激光成像雷达强度像仿真

激光成像雷达由于能获取目标的距离信息,因而在飞行器制导、避障、机器人导航等方面有广泛的应用前景.这里的研究目的是根据激光成像雷达成像原理进行雷达反射强度像的仿真.在仿真过程中,首先讨论激光成像雷达的强度成像方程,然后分析机载激光成像雷达的扫描成像模型.由机载激光成像雷达扫描成像模型与数字高程模型(DEM)获取成像几何关系,由与高程图配准好的可见光图像来获取目标地物的反射特性,从而获得仿真的激光雷达反射强度像;由于激光在大气中传输时不可避免地要损失,在仿真计算中考虑到激光在大气中传输时大气对激光的消光系数,因而使仿真更加逼近客观实际成像结果.从仿真的反射强度图像看,结果很理想.仿真的强度图像成功地用于激光成像雷达强度像与可见光图像的匹配导航中.     

激光站在星载雷达高度计绝对定标中的应用

推导了一般情况下激光站为星载雷达高度计进行绝对定标的数学模型,并进行了仿真验证和误差分析,对高度计定标精度进行了定量评估。利用Corsica定标场区中Grasse激光站对Jason-2卫星定轨的实测数据进行了分析,取得了满意的结果。     

星载分布式InSAR目标定位模型研究

针对星载二号分布式干涉合成孔径雷达系统目标定位的问题,以双基成像模型为基础,推导了雷达发射信号时刻与接收回波时刻卫星平台位置及速度发生变化的三维目标定位方程,给出了解算过程中的数据处理策略。文中采用星载分布InSAR干涉影像进行的无控制点条件下的定位和精度检测实验,验证了模型和数据处理策略的有效性和准确性。     

星载激光测风技术体制及其评估方法综述

星载激光测风雷达是探测全球风场的重要工具。目前由欧洲空间局研制的全球首颗星载激光测风卫星Aeolus已于2018年8月顺利升空部署,美国和日本也在积极论证和研制新的星载激光测风雷达技术体制,分别采用混合多普勒测风雷达HDWL（Hybrid Doppler Wind Lidar）和相干多普勒测风雷达CDWL（Coherent Doppler Wind Lidar）技术体制。本文简要介绍了Aeolus、HDWL和CDWL技术体制,并根据前人的研究成果,从数据获取率和获取量、风场探测精度以及对数值预报系统的改进作用对这3种技术体制进行了评估综述。研究结果表明以气溶胶和云滴粒子为示踪物进行的大气风场探测具有更高的探测精度,其测风精度约为0—2 m/s,其探测范围为边界层和对流层下层;以大气分子为示踪物的大气风场探测精度相对较低,其精度约为1—3 m/s,但其具有更大的探测范围。根据3种星载激光测风雷达技术体制,Aeolus和HDWL具备探测边界层和对流层的大气风场能力,CDWL只能获取边界层至对流层下层的风场数据,HDWL体制相比Aeolus和CDWL,能够获取更多的风场探测数据,且能够实现较高精度水平风场矢量探测数据。OSSE（Observing System Simulation Experiments）实验表明,将星载激光测风雷达风场探测资料同化到数值预报系统之后,预报结果得到明显的改善,在双星联合探测体制下,更大的风场探测范围相比径向风场的探测更有助于提升数值预报系统的精度,而径向风场的探测将更好地提升星下点的探测精度。HDWL体制相比Aeolus和CDWL,由于其探测范围更广,且可以实现径向风速的探测,故推测其对数值预报系统的精度的提升作用更明显。对这3种技术体制的分析评估可为发展中国的星载激光测风雷达技术体制提供参考。     

资源三号02星对地激光测高系统几何检校及验证

星载激光测高仪安装误差、激光指向和激光测距误差等导致最终激光测高精度不高,对激光器进行在轨几何检校可以有效提升激光测高精度。针对资源三号02星（ZY3-02）激光测高仪的工作模式,以裸露地表的航天飞机雷达地形测绘任务（shuttle radar topography mission,SRTM）数字高程模型（digital elevation model,DEM）数据约束同轨激光测距值,通过逼近地形起伏趋势线实现了卫星激光器出射方向的初始检校,实验证明不同轨激光指向的相对检校精度在20 m以内。利用地面铺设激光靶标的方法对星载激光测高系统进行几何精检校,并通过外业测量验证了ZY3-02激光器在平坦区域的测高精度优于0.5 m。     

一种顾及相干性的星载干涉SAR成像算法

在分析相干性与多普勒中心频率差之间关系的基础上,提出了一种顾及相干性的星载干涉SAR成像算法。在成像处理中,针对待干涉成像的SAR回波信号选择一致化的成像参数,充分保证干涉SAR复数影像对之间的相干性,进而得到高质量的干涉图。实验结果表明,所提出的成像算法更适用于雷达干涉测量(InSAR)的研究及应用。     

一种匹配滤波结合ChirpScalingSAR数字成像处理方法

合成孔径雷达（ＳＡＲ）是一种重要的微波遥感工具。其关键技术是成像处理,即把接收到的雷达信号转换成雷达图像。事实上,合成孔径就是通过成像处理来实现的。该文在总结目前星载ＳＡＲ各种成像处理算法的基础上,提出一种匹配滤波与ＣｈｉｒｐＳｃａｌｉｎｇ相结合的处理方法。处理过程无需插值便可进行距离迁移校正,还可获得好的聚焦与相位保持性能。所得图像质量超过现有的其它ＳＡＲ成像处理方法所得图像质量。     

星载激光测高的系统误差分析与检校

激光测高因具有方向性好、测距精度高等特点,在深空探测和地球科学领域中体现了巨大的应用潜力,将星载激光测高技术应用于高分辨率测绘卫星,辅助航天摄影测量以提高精度是一种新颖的设想。而研究星载激光测高系统误差对测量精度的影响,以及相应的误差消除方法,是决定该项技术能否真正提高测量精度的可行性基础。本文以全球首颗激光测高卫星ICESat及其搭载的地学激光测高系统GLAS为例,基于星载激光测高的定位原理分析各项系统误差对测高精度的影响,并在此基础上介绍星载激光测高的系统检校方法,以期对发展我国的星载激光测高系统提供一定的参考。     

星载SAR水下地形和水深遥感的最佳雷达系统参数模拟

根据星载合成孔径雷达 (SAR)浅海水下地形和水深成像机理 ,建立了浅海水下地形和水深雷达后向散射截面仿真模型。该模型包括奈维 斯托克斯方程、谱作用量平衡方程和雷达后向散射模式。利用该模型仿真结果 ,探讨了不同波段 (P、L、C和X)、不同极化 (VV和HH)和不同入射角 (2 0°— 70°)的星载SAR测量浅海水下地形和水深的能力。研究结果表明 ,浅海水下地形和水深遥感的最佳波段为P波段 ,L波段次之 ,C波段比X波段要好一些。VV极化SAR的测量能力要强于HH极化。 2 0°— 40°是星载SAR测量浅海水下地形和水深的最佳入射角范围。     

用星载合成孔径雷达(SAR)立体影像生成DEM的方法研究

星载SAR成像是一种微波成像,由于微波具有穿透云雾、雨雪等的特点,使得SAR能够不受天气和时间的限制而对地球扫描成像,这使得SAR具有一般光学成像所没有的优点。人们正积极探索把SAR数据用于测绘并来解决一些问题。考虑到卫星在短时间内的运动比较平稳,并且它的相对关系精确度高,本文主要从SAR成像的几何角度和两景影像的相对关系出发,分析了雷达成象的特点,进而探讨了从立体像对上提取DEM的方法,并就具体步骤做了进一步的阐述。     

机载海洋雷达高度计的性能分析

该文简要介绍了海洋雷达高度计的工作原理。对机载海洋雷达高度计的性能进行了具体的分析 ,对海洋雷达高度计的试验结果的分析和讨论表明 ,其性能达到了设计要求 ,为星载高度计提供了可靠的技术先导     

水稻微波后向散射系数的模拟分析

海洋雷达后向散射回波主要来自短重力波的Ｂｒａｇｇ 散射,这种散射与海面风场信息、边界层涡旋等密切相关。因此,可以从雷达散射截面反演风场信息。对１９９４ 年４ 月航天飞机成像雷达（ＳＩＲＣ／ＸＳＡＲ）获取的南中国海合成孔径雷达（ＳＡＲ） 图像进行了分析研究。利用ＳＩＲＣ 数据,从ＳＡＲ 图像谱提取了风向;根据ＣＭＯＤ４ 模型,从Ｃ波段雷达后向散射系数反演风速;利用双尺度散射模型对反演的风速进行了对比分析。结果表明,从ＳＩＲＣ雷达数据可以反演海面风矢量,星载ＳＡＲ是提取海面风场信息的有效技术手段之一。     

星载SAR模样机雷达图像的野外检测与分析

本文总结和测算了星载ＳＡＲ模样机雷达图像对各类地形目标的可判程度和分辨率;     

星载激光测高全波形数据处理技术研究进展

针对星载激光测高系统在地形测绘、环境监测等方面具有独特的优势,该文首先介绍了主要的对地观测星载激光测高系统;然后以第一颗对地观测系统ICESat/GLAS为例,介绍该系统波形质量控制、波形滤波方法,初始距离计算方法及影响因素;波形分解是星载激光测高系统获取准确的星地距离的关键步骤;接着梳理了国内外全波形分解方法研究现状的主要进展,并对全波形分解算法及其优缺点进行了较全面的对比;最后结合即将发射的GF-7测高仪载荷特点,分析了未来要国产星载激光测高体系的波形数据处理还面临的挑战。     

以交叉累积剩余熵为准则的星载激光测高仪大光斑波形数据与地形匹配法

提出了一种基于交叉累积剩余熵的星载激光测高仪大光斑波形数据与地形匹配方法。根据星载激光测高仪大光斑回波波形信号包含地形结构信息的特性,将激光回波波形数据和数字表面模型(DSM)投影到统计特征空间,建立数据的统计特征向量,消除数据间维度差异,以交叉累积剩余熵为相似性测度匹配波形数据与地形的统计特征。试验结果表明,本方法能够较好地实现激光回波波形数据与地形的匹配,匹配精度达到一个像素以内。     

从散射辐射传输成像到定量精细遥感的信息

星载遥感是电磁波与环境目标相互作用散射辐射传输获取数据图像,并进而反演诠释环境目标物理特征的信息技术。随着星载遥感多任务、多频段、多极化、高分辨率等多源多模式的发展与融合,星载遥感定量精细信息的需求提出了一系列新的信息链科学问题。本文概述本实验室在近十多年里在星载遥感领域的电磁散射辐射传输理论到定量精细遥感信息链的研究,包括：矢量辐射传输与星载微波遥感数据定标与验证（CAL/VAL）、极化电磁散射与全极化多模式合成孔径雷达（SAR）成像信息、高分辨率遥感与自动目标识别（ATR）技术、月球火星等外星遥感信息获取等。     

使用InSAR 建立DEM的试验研究

重点考察使用星载InSAR技术建立DEM的关键数据处理过程和精度情况。首先介绍InSAR的基本原理和所涉及的关键干涉雷达数据处理技术，然后对欧空局的2颗卫星ERS－1／2以串接飞行方式分别于1996年3月18日和19日对香港地区成像所获取的2幅SAR复数影像作了干涉处理和分析，并生成了DEM，最后以外部DEM作参考标准，对干涉DEM的精度作了评价，并分析了其潜在的制约因素。