反射率因子和径向速度共同约束反演多普勒雷达风场

多普勒雷达可以提供降水回波区的风场信息。为了充分运用雷达资料分析中小尺度天气过程,本文假设反射率因子在短时间内的运动满足拉格朗日守恒,提出了采用连续两次的反射率因子回波和径向速度数据共同约束的方法来反演风场,在反演过程中避免了对径向速度的分布进行假设。针对连续两个时次之间反射率回波运动中产生的不同程度的误差做了模拟风场试验,结果表明,当回波运动随机误差不超过40%时,反演结果较为可靠。另外,本文还利用此风场反演方法进行两次中尺度天气过程的实例分析。结果表明,该方法反演的风场与实际风场结构相符,具有一定的应用价值。     

AMSR-E/2观测辐射值反演水成物参数

基于先进的微波扫描辐射计AMSR-E/2观测的辐射值,利用-维变分算法(1D-Var)反演各类水成物(云水、雨水和云冰)的垂直廓线,并对其反演结果进行检验。以2014年8月台风"夏浪"为例,分两步对变分反演的云微物理参数进行了检验。首先,将反演的各类水成物含量补充到辐射传输模式的输入场,观测算子模拟的AMSR-2各通道亮温与实况观测相比非常接近,可以很好地模拟出台风外形、强度及螺旋结构。其次,将反演的水成物廓线与载在Cloud Sat上的云雷达CPR同时段观测的雷达反射率因子进行对比,发现反演出的云水、雨水含量大值区与毫米波云雷达观测的雷达反射率因子高值区一一对应,进一步说明1D-Var反演的水成物参数精度很高。然而,由于星载AMSR-E/2观测通道少且空间分辨率低,对尺度较小、较薄的云不敏感,同时对云层较厚的密闭云区和多层云区反演能力也有限。     

利用TERRA和AQUA共同反演陆地上空的气溶胶光学厚度

利用TERRA和AQUA共同反演气溶胶光学厚度和地表反射率特征，对其原理及方法进行了详细的讨论。通过Terra和Aqua两颗卫星对同一地点的不同角度的观测，结合多个光学通道的信息，反演了北京地区光学厚度及地表反射率信息。反演的气溶胶光学厚度同地面观测的结果相比具有很好的一致性。同时，对地表反射率及气溶胶波长指数等也进行了讨论和对比，结果显示，对北京地区，MODIS1通道地表反射率和7通道地表反射率的比在0．66左右，3通道和7通道的比在0．28左右。相比于NASA暗背景全球反演算法中1、3通道和7通道的比为0．50和0．25的处理方法，反演得到的气溶胶光学厚度结果也较好。     

地表反射率产品支持的GF-1 PMS气溶胶光学厚度反演及大气校正

GF-1卫星PMS(GF-1 PMS)数据具有高空间分辨率、短重访周期的特点,可以在地表类型识别、参数提取中发挥重要作用。但由于缺少2.1μm附近的短波红外波段,使得气溶胶反演时地表反射率的精确确定非常困难,从而导致其高精度大气校正难以开展,限制了该数据的应用。本文提出了一种地表反射率数据支持的气溶胶反演方法,用于GF-1PMS数据的大气校正。其基本思想是:使用现有的地表反射率数据集为GF-1PMS数据提供地表反射率,用于确定GF-1PMS图像中浓密植被像元(DDV)的分布,基于确定的浓密植被像元反演气溶胶光学厚度(AOD),并用于大气校正。这里使用的地表反射率数据集为合成的无云MODIS地表反射率产品,对GF-1PMS数据做了空间尺度的转换。为降低两类数据配准误差对地表反射率确定的影响,提出了使用区域NDVI分布百分比匹配的方法,回避了像元的直接匹配,为GF-1PMS数据提供DDV的空间分布。为验证该方法的有效性,利用北京、太湖两个AERONET站点观测的气溶胶光学厚度对气溶胶反演结果进行精度验证,结果表明,气溶胶反演算法精度较高,稳定性较强。AOD反演结果应用于北京和敦煌地区的GF-1PMS数据大气校正,获得的地表反射率与地面实测的地表反射率的误差低于0.015,且大气校正后影像对比度明显提高。     

高频地波雷达风速反演经验模型

通过分析高频地波雷达所在探测海域内浮标观测的有效波高和风速数据,建立了海面风速与有效波高的经验模型。利用二范数最小方法对该模型的参数进行估计,实验结果表明了该模型的稳定性。将所提模型应用到高频地波雷达OSMAR071数据处理中,6个月数据连续反演结果与浮标给出的风速吻合度高,表明了该风速反演经验模型的有效性。     

联合HJ-1/CCD和Landsat8/OLI数据反演黑河中游叶面积指数

目前制约30 m分辨率地表参数遥感提取的主要因素是有限的观测个数,而联合多传感器观测是提高单位时间观测频次的一个有效途径。本文以黑河中游为研究区,利用HJ-1/CCD和Landsat 8/OLI传感器构建多传感器观测数据集。对多传感器观测数据集在观测周期内的有效观测个数、观测角度和双向反射分布函数BRDF分布特征、以及经过预处理后的多传感器数据一致性等问题进行分析。不同传感器观测数据质量差异是多传感器联合反演的主要问题,因此本文首先制定了多传感器数据质量控制方案,然后利用统一模型查找表反演单传感器叶面积指数LAI结果,对10天观测周期内经过质量筛选的单传感器反演结果采用平均方法合成LAI产品。结果表明,LAI有效反演像元占总反演像元比例由单传感器的6.4%—49.7%提高到多传感器的75.9%。利用地面测量数据进行验证分析,LAI反演结果与地面实测数据的均方根误差RMSE均值为0.71。利用30 m分辨率的HJ-1/CCD和Landsat 8/OLI传感器数据可以生产精度可信、时间分辨率连续的LAI产品。     

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。     

深度置信网络算法反演Landsat 8 OLI气溶胶光学厚度

传统的气溶胶遥感反演算法在地表反射率较低、结构较为均一的海洋及浓密植被等区域的气溶胶反演可以达到较高的精度,而在城市、矿区等高亮度、高异质性区域的气溶胶反演中仍面临较大的挑战。当地表反射率较高时,卫星传感器获取的对气溶胶具有标识性的信息不足,导致了气溶胶反演的困难。为更大程度地挖掘卫星信号中对气溶胶具有标识性的信息,本文提出使用深度学习技术的气溶胶遥感反演算法,用于Landsat 8 OLI传感器的气溶胶反演。选择全球不同区域的AERONET站点气溶胶实测数据以及对应区域的Landsat 8 OLI传感器的观测几何角度和表观反射率数据,根据合理的时空匹配原则构建样本数据。选择深度置信网络,在合理设置训练批次和训练次数的基础上对网络进行训练和测试,生成关于卫星传感器数据的气溶胶光学厚度拟合网络模型,实现气溶胶遥感反演。使用独立的AERONET站点气溶胶实测数据对反演结果进行了验证,结果表明：该方法可反演不同地表类型区域连续空间覆盖的气溶胶光学厚度,且达到了较高的精度（R=0.8745,RMSE=0.0391,MAE=0.0616,EE=87.94%）。与传统的方法相比,本方法基于单时相卫星遥感数据即可实现气溶胶的高精度反演,简化了气溶胶反演的步骤,提高了气溶胶反演的稳定性和时空适应性。     

基于多角度遥感物理模型的叶面积指数反演

与传统遥感观测相比,多角度对地观测通过对林木多个方向的观察,可得到丰富的森林三维空结构信息,为定量遥感提供新的途径。本文根据不同遥感数据选择合适的模型并建立相应的查找表。TM/ETM+数据采用混合像元分解模型,CHRIS数据考虑不同森林场景选择不同的遥感物理模型,在选择合适的模型基础上,根据模型的不同敏感参数和试验区选择的特点设计查找表参数,并由模型正演建立查找表,再根据插值的方法由遥感图像的反射率值反演LAI。两种数据反演得到的LAI与MODIS 15A2 LAI产品比较分析。结果表明多角度遥感反演准确率有一定的提高,具有一定的理论研究和实际应用价值。     

基于选权迭代法的单波束测深数据粗差探测

单波束测深技术因其成本低、精度高、操作简单等特点被广泛应用于水下地形测量,然而在声速设定正确的情况下,测深仪的观测值仍会存在一定数量的粗差。本文针对单波束测深数据中的粗差问题,利用三次曲面函数构造格网模型,采用选权迭代法进行抗差估计,对观测值中的多个粗差迭代降权,以提高水下地形模型精度。本文结合西江某航道码头水下地形测量工程实例,对单波束测深数据进行处理和水下地形建模,验证了该算法在单波束测深数据粗差探测和水下地形建模中的可行性和有效性。     

改进的边缘角度直方图在遥感图像检索中的应用

针对基于形状的遥感图像检索中区域分割困难这个问题,本文提出利用边缘角度直方图作为形状特征对遥感图像进行检索;针对遥感影像分辨率和颜色反差对检索性能的影响,本文提出采用多尺度分析的思想,提取图像在多个尺度上的边缘角度直方图特征进行检索。通过单一尺度边缘角度直方图特征和多尺度边缘角度直方图特征检索的对比实验,揭示了本文所提出的改进方案使遥感图像的检索精度提高了约31个百分点。     

Uniting space, ground, and underwater measurements for improved estimates of rain rate

Global precipitation is monitored from a variety of platforms including spaceborne, ground-, and ocean-based platforms. Intercomparisons of these observations are crucial to validating the measurements and providing confidence for each measurement technique. Probability distribution functions of rain rates are used to compare satellite and ground-based radar observations. A preferred adjustment technique for improving rain rate distribution estimates is identified using measurements from ground-based radar and rain gauges within the coverage area of the radar. The underwater measurement of rainfall shows similarities to radar measurements, but with intermediate spatial resolution and high temporal resolution. Reconciling these different measurement techniques provides understanding and confidence for all of the methods.     

小型延时多普勒雷达高度计

延时多普勒雷达高度计（Delay Doppler Radar Altimeter,DDA）是采用孔径合成技术进行高度测量的雷达高度计。与传统雷达高度计相比,DDA沿航迹方向分辨率提高了10倍,发射峰值功率降低了10dB,测高精度提高到2cm。采用DDA技术可以使仪器测量精度更高、空间分辨率更高、功耗更低,易于实现小型化。DDA代表了新一代的卫星测高技术,特别适合海洋、海岸带和极冰的测量。该文就DDA测量机理、波形仿真和精度分析进行了研究。     

利用残差地形模型空域法精化局部地球重力场

陆地高分辨率重力数据是超高阶重力场模型及其应用研究的基础,但现有的观测技术和手段限制了陆地重力测量的覆盖区域,全球仍有大量的重力测量空白地区.采用残差地形模型空域法,利用高通滤波技术提取航天飞机雷达地形测绘任务(shuttle radar topography mission,SRTM)分辨率3"×3"的V4.1数据短...     

A Discrete Wavelet Transform Approach to Multiresolution Complex SAR Image Generation

We present a signal processing approach using discrete wavelet transform (DWT) for the generation of complex synthetic aperture radar (SAR) images at an arbitrary number of dyadic scales of resolution. The method is computationally efficient and is free from significant system-imposed limitations present in traditional subaperture-based multiresolution image formation. Problems due to aliasing associated with biorthogonal decomposition of the complex signals are addressed. The lifting scheme of DWT is adapted to handle complex signal approximations and employed to further enhance the computational efficiency. Multiresolution SAR images formed by the proposed method are presented.     

A Ka-band backscatter model function and an algorithm for measurement of the wind vector over the sea surface

A Ka-band backscatter model and an algorithm for measurement of the wind speed and direction over the sea surface by a frequency-modulated continous-wave radar demonstrator system operated in scatterometer mode have been developed. To evaluate the proposed algorithm, a simulation of the wind vector retrieval has been performed.     

海岸带地理环境遥感监测综述

海岸带作为连接海洋和陆地系统的特殊地理地带,与人类的生存与发展密切相关,但其自然和生态环境极其脆弱和敏感。气候变化和人类活动给海岸带环境带来了巨大压力,导致其生态环境不断恶化。随着技术的发展,近年来遥感技术已成为海岸带地理环境监测的重要手段之一,在海岸带规划、管理和保护中扮演着举足轻重的角色。本文对遥感技术在海岸带地理环境监测典型应用(土地利用/覆盖、土壤质量、植被、海岸线、水色、水深和水下地形及灾害)中的主要数据源、方法、结果和局限性进行归纳和总结,并对其未来发展提出展望。     

广角水体体散射函数测量技术及其应用研究进展

水体体散射函数是描述水体中光在各方向散射特性的一个重要的固有光学参数,对水色遥感、水环境监测与保护、海气交互过程研究、水下军事目标跟踪等领域具有十分重要的意义。水体体散射函数测量尤其是覆盖0°—180°范围的广角体散射函数测量技术起步较晚,直接测量难度较大,一直以来都是一个棘手的科学难题。本文梳理了国内外广角水体体散射函数测量技术的发展历程,对于广角体散射函数测量技术,从原理上大致可以分为单一探测器转动式、多个固定探测器阵列式以及面阵CCD成像式等3大类,对不同测量原理下的测量技术进行详细分析,并对广角水体体散射函数测量技术在海洋生物光学、气泡跟踪、水色遥感等方面的相关应用进展进行总结和归纳,并对未来广角水体体散射函数的发展趋势和应用前景进行展望。     

三维AOA/TDOA被动定位及其迭代融合算法

对辐射源的三维被动定位是电子支持测量系统（electronic support measure system，ESM）的重要内容，特别是在军事上，是侦察定位、监视监测的重要方面。到达时间差（time difference of arrival，TDOA）、到达角度（angle of arrival，AOA）是被动雷达普遍采用的两种定位方法。本文基于分别安装于不同运动平台上的两个传感器的AOA和TDOA测量，给出了迭代最小二乘（iterative least squares，ILS）融合算法。其中，传感器的位置、速度以及状态等参量由集成GPS／INS系统估计得到，AOA／TDOA测量方程由运动平台的位置、姿态以及传感器的AOA、TDOA测量数据构成。本方法首先将ISL用于对两个传感器的AOA融合，然后将得到的估计结果作为AOA／TDOA的ILS融合的初始值。仿真结果显示采用AOA／TDOA融合算法，使定位精度得到有效提高。