GNSS反射信号海面溢油回波DDM仿真研究

海上溢油已成为影响海洋生态环境的重要污染物之一,我国近40年发生约3200起海上溢油事故。当今用于监测海上溢油的遥感主要是光学和雷达卫星,卫星遥感往往重访周期长,而海上溢油事件时常发生,给海洋带来严重的环境污染,需要快速、准确的监测其状况。GNSS R技术具有全天候监测海洋的特点,因此更适合用于海面溢油检测。为了验证GNSS R技术在检测海面溢油的可行性,利用2013年中国青岛海洋溢油事故的遥感图像的溢油结果,作为仿真实验检测目标,进行岸基的GNSS R海面溢油检测仿真研究。利用Z V散射模型和海水／溢油的均方坡度(MSS)模型结合,建立了能反映海面状况GNSS散射信号特征的时延 多普勒图(DDM)。仿真得到DDM中检测到海面溢油区域,验证了利用GNSS反射信号进行海面溢油检测的可行性。      

机载GPS反射信号土壤湿度测量技术

随着全球导航定位系统反射信号(GNSS-R)技术的发展, 近年来提出了利用GPS地表反射信号遥感土壤湿度的新方法, 该方法利用地表反射率与土壤介电常数以及介电常数与土壤湿度之间的关系来建立反演模型。为了可以快速方便的利用DMR实测数据反演得到土壤湿度, 本文根据Wang和Schmugge模型建立了土壤介电常数与湿度之间的分段模型, 实现了从原始反射数据到土壤湿度结果的整个反演流程。为了验证反演的可行性, 利用NASA等机构联合进行的SMEX02试验机载数据反演得到的结果表明, GPS反射信号能够有效地反演     

GNSS-R技术在海冰反演中的应用

从海冰现状出发,全面评述海冰反演的研究进展,主要包括SAR观测技术、星载微波辐射计、高度计、雷达辐射计、多微波传感器及GNSS-R技术等,重点介绍当前GNSS-R反演海冰的关键技术,指出GNSS-R反演海冰存在的问题和发展方向。     

利用GNSS-R信号进行交通车流检测

为了有效检测交通状况,提出了一种使用GNSS-R （导航卫星反射）信号进行车流检测的方法。该方法利用两种天线分别接收导航卫星直射信号和反射信号,使用通用接收机进行信号采集后,在软件接收机中进行信号处理解算,获得直射通道和反射通道的相关功率,以及卫星的高度角。然后使用反演介电常数的方法对车辆进行探测,获得交通车流状况。通过试验验证,该方法能够有效地对探测区域内的车辆进行检测,证明了使用GNSS-R进行交通车流检测的可行性。     

GPS反射信号用于海冰识别与海面测高

针对全球定位系统反射信号干涉测量(GPS-IR)反演海面参数技术模型简单且应用单一的问题,该文提出引入表征信号振幅变化的阻尼系数来修正粗糙面对反射信号的影响,以非线性最小二乘算法对修正模型的参数进行识别.实验表明:在海冰识别上,阻尼系数的变化可清晰反映测站附近海冰状态的变化,证明了岸基GPS-IR识别海冰的可行性;在海面测高上,反演值与验潮站的实测值的相关系数达到0.98以上,相比经典频谱分析理论,均方根误差和平均绝对误差降低了约50％.     

星载GNSS-R海冰边界探测方法

针对星载接收平台提出了一种利用全球导航卫星系统反射信号（Global Navigation Satellite Systemreflectometry,GNSS-R）进行海冰边界探测的方法。该方法利用导航卫星信号经海冰和海水表面散射后反射信号时延相关功率映射（delay map,DM）的差异,结合镜面反射点位置来探测海冰边界。利用自适应阈值调整算法处理TDS-1卫星数据,获取有效的DM数据,进而得到DM衍生量随镜面反射点位置的变化趋势,并设置DM衍生量的阈值来识别海冰。与全球海冰分布图对比发现,DM衍生量阈值对应的镜面反射点位置与海冰分布图的海冰边界位置基本吻合,证明了DM的有效区时延距离、相关功率的峰值和归一化标准差均可用于海冰边界探测,星载GNSS-R技术在海冰边界探测领域具有较大潜力。     

基于TerraSAR-X全极化数据的北极地区海冰信息提取

北极地区海冰既受全球气候变化的影响,同时也影响着全球气候的变化,因此,北极地区已成为研究全球气候变化的热点区域之一。然而,由于北极地区环境恶劣,传统的实地勘测方法成本高,且难度较大。遥感技术,特别是合成孔径雷达(SAR)和全极化SAR技术的迅速发展,为北极地区海冰信息的提取提供了更加有效的数据获取方法。以TerraSAR-X全极化数据为基础,采用SEATH(separability and thresholds)面向对象影像分析方法,评估各种极化特征用于提取北极地区海冰信息的能力,并通过分类实验对其结果进行验证。研究表明:|VV|,T11和SPAN等极化特征对海冰具有较好的区分度,这将为大范围的北极地区海冰信息提取以及海冰监测卫星的参数设计提供理论基础。     

一种使用卫星反射信号探测海冰分布新方法

利用TechDemoSat-1低轨道卫星采集的卫星反射信号生成的时延多普勒图（delay-doppler map,DDM）探测北极格陵兰岛（Greenland）地区的海冰分布。由于卫星散射信号在海冰和海水上分别遵循相干散射和漫散射模型,与海水相比,海冰的时延多普勒图扩散较少,所以从海水到海冰的过渡会导致时延多普勒图中高于一定能量值的像素数量减小。提出了一种基于相邻DDM像素数量比值的检测方法,通过采用一定阈值来区分海冰和海水的时延多普勒图,用于分析格陵兰岛地区海冰的分布情况。还利用多期数据分析了格陵兰岛地区海冰分布随时间的变化。通过与美国国家冰雪数据中心提供的数据比对,利用数学统计方法对本文提出的方法性能进行了评估。结果显示,该方法的判断成功率可以达到98.76%~99.21%,整体评估成功率约为99.09%。     

基于多源数据的南极海冰变化研究

南极海冰范围变化与大气、海洋等环境变化直接相关,对人类的实践活动有重要的影响。而计算机和对地观测技术的发展,使得遥感技术已经成为研究南极海冰变化最重要的方式之一。本文通过对多源遥感数据进行交叉定标,获取连续15年的南极长时序被动微波遥感亮温数据。在此基础上,通过BST算法反演了海冰密集度,分析了南极海冰范围的变化情况,从而为更好地认识南极海冰变化与全球气候环境变化的关系提供依据和参考。     

单颗LEO卫星轨道参数对GNSS反射事件分布和数量影响的模拟研究

根据LEO星载GPS反射信号接收机的遥感地球物理学参数,利用SGP4卫星轨道预测模型,对反射事件进行了模拟。定量讨论了LEO轨道参数包括轨道倾角、轨道高度、近地点角距和升交点赤经对海洋反射事件分布和数量的影响。此外,对单颗LEO卫星总的反射事件进行了模拟与分析。     

基于GNSS-R的后续海冰观测实验

冬季海上浮冰的活动给海上生产和海上运输带来了严重的负面影响,需要对海冰进行全天候、大范围检测。此次实验根据海水与海冰电磁特性的差异,利用较为经济的导航卫星反射信号遥感方法,在天津渤海岸展开连续的观测和数据采集。对同一颗GPS卫星的不同极化类型的反射信号从能量的角度分析海冰分布情况,在误差最小的情况下得出分析结果：不同极化类型的导航卫星反射信号均可从不同角度表征海冰覆盖信息。     

基于多特征的Gaofen-1海冰影像监督分割

冬季沿海地区的海冰检测工作对该地区居民的生产生活具有重要的指导意义,同时可以根据海冰变化检测气候变暖情况.海冰影像分割是海冰检测的基础.在众多海冰影像数据源中,Gaofen-1海冰影像因其丰富的光谱特征、较高的空间分辨率、简单的数据结构,在变化监测中具有重要应用价值.本文提出了一种基于红绿蓝3个光谱通道的灰度共生矩阵,...     

基于GNSS-R的海面风场监测系统研究

为全面获取海面粗糙度信息,实现导航卫星反射信号高精度风场反演,在给出海浪谱及散射信号相关功率模型基础上,通过对海面时延一维、时延/多普勒二维信息采样方式进行分析和仿真,验证了散射信号相关功率Z-V模型。仿真结果表明,时延/多普勒二维采样方式能全面反映海面粗糙度信息。以此为理论依据设计完成了基于二维信息获取的多普勒延迟映射接收机,阐述了接收机的硬件组成及工作原理,分析了多普勒串行码片并行的数据处理模式,为导航卫星反射信号的海面散射功率获取提供了可靠方式。     

GNSS反射信号海面高度测量及风速对反演精度的影响分析

海面高度作为最重要的海洋物理参数之一,在预防海啸、风暴潮中起到重要作用,是海洋科学,遥感测绘领域的重要研究内容之一。粗糙度作为影响海面测高精度的重要因素之一,主要是由风速变化引起,本文为了探究风速引起的粗糙度变化对海面测高精度的影响,分别进行了湖面实验与海面实验。通过对风速与反射信号相位差RMS关系的研究,定性分析了粗糙度对测高精度的影响,结果表明,在反射信号相位差RMS增加0.005(单位rad)时,测高的误差RMS增加了近一倍。      

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...     

利用目标分解特征的全极化SAR海冰分类

特征提取及其选择是SAR海冰分类的重要步骤之一。在众多特征中选取有效特征,进而构建表达地物类型的特征空间是提高分类精度的关键。为此,本文提出一种基于目标分解特征的全极化SAR海冰分类算法。首先,对全极化SAR数据进行多视化处理及滤波操作,生成相干矩阵;其次,对相干矩阵进行目标分解,并针对分解结果提取散射特征参数,进而构建特征空间;再次,通过对所提取的特征进行统计相关性分析,并对高相关特征采用PCA降维,以优化特征组合;最后,设计BP神经网络分类器,并将所得的优化特征矢量作为输入,海冰类别为输出,实现海冰分类。本文以格陵兰中部海域作为研究试验区域,采用L波段ALOS PALSAR全极化数据。通过对本文算法与对比算法的分类结果进行定性定量分析,可以得出本文所选取的特征对海冰识别较好。此外,通过对利用各个不同特征海冰分类结果的性能分析,可以得出基于散射模型的目标分解比基于特征值的H/α/A分解更有助于海冰分类。     

利用GNSS-R信号反演海浪波高

分析了利用GNSS-R观测资料反演海浪波高的原理,讨论了干涉复数场及其相关时间。对Oceanpal观测数据滤波,计算其自相关函数,用三次多项式插值法估计相关时间,得到了新的海浪波高反演经验公式。反演结果与声学波浪仪观测数据比对,两者是比较一致的。     

海冰微波辐射传输模式和实验研究

海冰是影响地球热循环的重要因素。以海冰和海水的微波热辐射为源,并通过位于海面遥感海冰的３层分层介质系统的分析,取得中间介质厚度与所接收到的辐射亮温有如下模式：ＴＢ＝Ａ＋Ｂｅ－ＣＤ。其中Ａ,Ｂ,Ｃ与遥感系统的极化,使用角度和角频率有关,可以通过实际地面的海冰测试试验获得。该模式符合电磁场在有损介质中的传播特性,反映出被动微波遥感所接收到的能量与传播距离的关系。近几年来,根据该模式,使用４个频段微波辐射计在地面进行实测（入射角为０°）,在飞行中使用３个频段,结果空中和地面基本符合。实践证明其模式是正确的可行的。文中给出在辽东湾测得航线上的冰厚度分布和亮度温度与冰厚度的统计曲线。最后指出影响测量并限制对厚度识别的几种因素。