SAR对地观测技术及应用新进展

自1960年4月诞生国际上第一部合成孔径雷达（SAR）以来,SAR技术及应用发展已进入一个新的阶段.在该阶段,对电磁波的波段、极化、振幅和相位等信息的利用更加深入和综合,其显著的技术特征为双/多站或星座观测、极化干涉测量、高时序高分宽幅测绘、三维/四维结构信息获取和超高分辨率观测,其显著的应用特征为面向全球性重大问题如全球变化和全球可持续发展实现地球表面动态过程高精细、大尺度和时间连续的监测和评估.本文首先介绍了SAR对地观测技术的研究背景及意义,然后就四种典型的先进SAR即极化SAR、极化干涉SAR、层析SAR和超高分辨率SAR论述了其近十年来的研究进展,最后,展望了未来这些先进SAR对地观测技术的发展趋势,并重点探讨了在多通道信息获取、多角度观测、高时相观测、分辨率和测绘幅宽提升等方面的发展趋势.     

通信受限下基于终端滑模和指对数滑模方法的编队航天器姿态协同控制

针对星间通信时延和信号量化情形下编队航天器,研究对应的姿态协同控制器设计问题.首先,为节省编队航天器星间通信的带宽资源,提出基于信号量化的星间数据通信策略,并设计了一种终端滑模姿态协同控制器以保证航天器编队姿态同步系统的渐近稳定;其次,考虑到航天器间可能存在通信时延,考虑基于信号量化的通信策略,提出一种基于指对数滑模面的编队航天器协同控制器设计方法,能保证编队航天器在有限时间内达到期望姿态;最后基于包含4个航天器的编队系统,通过仿真验证了所提出的协同控制方法的有效性.     

一种基于场景合成和锚点约束的SAR目标检测网络

随着深度学习方法在计算机视觉领域的崛起,如何将其应用于具有全天时、全天候等优点的SAR图像也成为一大研究重点.相较于传统图像,SAR图像由于其难判读、应用人群较少等原因难以获得大量标注数据.本文提出一种基于场景合成和锚点约束的SAR图标检测方法.通过区域生长算法和阈值法对SAR车辆目标及其阴影进行分割,然后随机嵌入SAR复杂场景中的合理区域来合成目标检测数据集.针对SAR车辆目标的几何特性、图像分辨率参数,对Faster-RCNN中的锚点大小进行约束,减少不符合SAR车辆目标检测框尺寸的候选框,大量约简冗余计算,提升训练、测试效率及精度.     

合成孔径雷达森林资源监测技术研究综述

合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）技术凭借其全天时、全天候的成像能力以及对森林垂直结构信息敏感的特点,在森林资源监测中具有独特的优势,已成为当前森林资源遥感调查技术的研究热点.本文首先介绍了SAR森林资源监测技术的发展背景、发展轨迹和相关知识;然后,重点阐述了极化SAR、干涉SAR、极化干涉SAR和层析SAR在林地覆盖类型分类、变化检测以及森林参数定量化估测应用中的技术方法;最后,就SAR在森林资源监测研究和应用中存在的问题与发展趋势进行了总结与展望.     

合成孔径雷达积雪参数反演研究进展

积雪是影响辐射平衡、水资源等全球能量与水循环的重要参数,遥感是监测积雪时空分布特征及其变化趋势的重要手段.合成孔径雷达（SAR）以其全天时、全天候能力,成为积雪遥感中重要的研究方向.本文从SAR与积雪的特性、积雪的散射模型、基于强度和相位信息的积雪参数反演等方面,针对SAR积雪参数反演方法的理论、技术进行总结和分析,指出了目前利用SAR数据反演积雪的研究现状和存在的问题,并对未来的研究方向进行了讨论.     

星载SAR降水反演研究简介

降水是水循环的主要组成部分之一,具有重要的气象学、气候学与水文学意义。对降水及其区域和全球分布进行精准测量,一直是一个颇具挑战的科学问题。星载微波遥感器提供的数据,可以有效减少卷云对降水反演精度的影响。经过近50年的发展,星载微波遥感器的降水反演算法也逐渐发展成熟起来。简要回顾了几代被动与主动星载微波降水测量仪器。针对实孔径低分辨率微波遥感器探测的降水场动态范围变小的问题,介绍了利用高分辨率SAR数据进行降水探测的前向物理模型以及修正的沃尔塔积分降水反演方法与基于统计的反演方法。     

基于GIS的三维虚拟校园设计与实现

三维GIS技术近来迅猛发展,受到了广泛关注.较二维GIS而言,三维GIS能更真实地表达客观世界,且对空间对象进行三维显示、分析和操作也是三维GIS特有的功能.以南京信息工程大学为例,介绍了利用三维GIS技术进行虚拟校园建设的过程,阐述了基于GoogleSketchUp和ArcGIS的三维可视化设计方法进行三维场景建模与优化、虚拟校园系统功能设计以及三维场景的浏览功能、建筑物属性的查询功能、路径分析和动画输出等功能的实现技术.最后指出了系统存在的问题,并提出了下一步的研究方向.     

C波段双多基地多普勒雷达资料处理和三维变分风场反演方法研究

研究了双多基地多普勒雷达资料的配对方法、风场反演的区域和精度,并研制了基于三维变分方法的双多基地多普勒雷达系统的风场反演系统.利用安徽四创电子股份有限公司研制的一个主动雷达和两个侧向接收天线组成的双多基地多普勒雷达系统获取的外场试验资料,进行了风场反演试验.该风场反演方法利用主动雷达和被动接收系统测量的径向速度作为弱约束,用质量连续方程作为强约束,来反演三维速度场.利用Advanced Regional Prediction System(ARPS)模式模拟的一次龙卷过程的结果,进行了风场反演的模拟试验.结果表明:双多基地多普勒雷达系统能较准确再现龙卷的中尺度特征和强上升气流的结构,从上下两个方向进行垂直积分可以减小垂直速度的反演误差,利用两个侧向接收系统的资料能进一步减小径向速度随机误差对风场反演的影响,增大风场反演的范围.三个分系统单独获取的资料空间配对效果很好,利用不同雷达径向速度反演的风场比较近似,反演的风场与径向速度定性分析和速度方位显示方法(VAD)结果比较一致,该双多基地多普勒雷达系统同步观测技术设计合理,在实时探测三维风场特别是探测近地层风场方面有广泛的应用潜力.     

北斗反射信号海风探测数据分析与检定

利用导航卫星反射信号(GNSS-R)进行海风海浪探测为海洋气象提供了一种新的观测手段,数据分析及有效性检定是确定系统探测能力的重要过程.在描述北斗GEO卫星进行海风探测机理的基础上,利用北斗反射信号的相关时间进行了海风的反演.同时针对国家北斗应用项目"基于北斗导航卫星的大气海洋和空间监测预警应用示范工程"在山东进行试验和试运行期间产生的风速观测数据进行分析,并通过与标准数据的对比,确定了该方法的有效性.     

基于GNSS的空间环境参数反演平台及精度评估

基于全球和区域全球导航卫星系统（GNSS）参考站网进行对流层和电离层参数反演实现空间环境变化监测具有成本低、精度高、实时性好等优点,得到了广泛应用.本文基于南京信息工程大学的北斗/GNSS空间环境监测平台Xsensing,以国际GNSS服务组织提供的对流层产品为参考,评估了不同气象条件下对流层参数反演精度,在此基础上采用固定非差模糊度的精密单点定位技术（PPP）实现高精度电离层参数反演.实验结果表明,基于全球参考站的对流层估计误差偏差为0.05 mm,对应的标准差为5.6 mm,在平稳和剧烈的气象条件下均能反映水汽变化趋势特征.基于短基线进行电离层延迟反演精度评估,结果表明浮点解PPP反演电离层延迟误差的平均偏差为-0.09 TECU,精度为0.38 TECU,采用非差模糊度固定技术对电离层延迟提取精度提高达84.2％;静态模拟动态解算模式下电离层估计精度与静态相当.上述结果表明该平台可实现高精度空间环境参数反演,下一步将融合机载、船载等多种平台观测实现中小尺度空间变化监测.     

高分辨率合成孔径雷达卫星反演风场资料在中国近海风能资源评估中的应用研究

由于海上测风非常昂贵,实地测风资料严重不足,而卫星反演海面风场资料可以有效地弥补这一缺陷,对近海风能资源评估具有至关重要的意义。近年来,欧洲太空局2002年3月发射的Envisat卫星搭载合成孔径雷达（SAR）图像产品在欧洲近海风能资源评估中得到了广泛应用。文中探讨了空间分辨率约1 km×1 km的SAR卫星反演海面风场资料应用于杭州湾近海风能资源评估的技术方法,通过杭州湾海域的实测风速与SAR卫星反演海面风速数据的对比分析发现：（1）14个实测站点中13个站的相对误差小于20%,其中7个站的相对误差小于10%,平均标准差为2.29 m/s;（2）以SAR卫星反演风速数据为基础计算的风能参数（形状参数和尺度参数）与实测数据计算结果的一致性较高;（3）将该数据同化进入WRF数值模式中,与控制试验相比,大部分检验站点的风速相关系数明显提高,标准差和相对误差也得到改善。SAR卫星反演风场资料可用于中国的近海风能资源评估。     

星载SAR测量海洋流场研究进展

多普勒信息是合成孔径雷达（SAR）进行海洋动力遥感的一个重要参数,自从20世纪80年代末就已经开始利用该参数反演海表面动力过程的相关研究.本文重点论述了星载SAR多普勒信息反演海表面流及其应用研究,主要包括SAR干涉测量方法获取海洋流场信息的主要技术手段及研究进展;多普勒频移方法反演表层海洋流场的发展历程及在上层海洋现象（包括地转流、准地转流以及中小尺度过程）中的应用研究;相关的国外重要数据融合计划和研发计划.目前国内在海洋流场的遥感方面还处于起步阶段,重点关注于反演理论和方法,而将反演信息应用于上层海洋动力的研究,还十分缺乏.希望通过本文的综述,为后续在该方向的研究提供借鉴.     

星载双频风场雷达热带气旋降雨区测风模拟

基于大气辐射传输理论分别建立Ku波段和C波段的降雨模型,模拟热带气旋降雨区洋面的雷达回波并反演了洋面10 m风场,用于研究降雨对测风的影响以及风云三号双频风场雷达 (WFR) 的测风能力。分析表明:回波的衰减或增强取决于降雨衰减项和后向散射项的相对大小;热带气旋的降雨使反演风速偏小,风向精度降低,Ku波段相对于C波段更易受影响,在高风速 (超过30 m·s-1) 条件下,可达5~20 m·s-1的负风速偏差。反演结果表明:双频反演的新方法能够结合Ku波段与C波段的优势,双频最大似然估计 (MLE) 方法在分辨率上优于C波段单频反演,相对Ku单频反演能降低降雨对测风的衰减作用,结合双频MLE方法和C波段单频反演优势的分区反演方法可以显著减小降雨偏差,提高风速反演精度,在有风云三号湿度计同步观测的条件下,是提高热带气旋降雨区测风精度的有效手段。     

基于空间加权协同稀疏的高光谱解混算法研究

针对传统稀疏解混算法因空间信息利用不足带来的丰度图像空间分布连续性差的问题,本文提出了一种基于空间加权协同稀疏的解混方法.该方法利用协同稀疏正则项刻画丰度系数的行稀疏性;同时,在协同稀疏框架下,引入空间加权因子挖掘高光谱图像邻域像元间的空间相关性.本模型采用交替方向乘子法求解,通过交替迭代,对空间权重和丰度系数进行优化.模拟和真实高光谱数据实验结果表明本文方法能够比现有同类方法获得更精确的解混结果.     

An algorithm to retrieve precipitation with synthetic aperture radar

This paper presents a new type of rainfall retrieval algorithm, called the model-oriented statistical and Volterra integration. It is a combination of the model-oriented statistical (MOS) and Volterra integral equation (VIE) approaches. The steps involved in this new algorithm can be briefly illustrated as follows. Firstly, information such as the start point and width of the rain is obtained through pre-analysis of the data received by synthetic aperture radar (SAR). Secondly, the VIE retrieval algorithm is employed over a short distance to obtain information on the shape of the rain. Finally, the rain rate can be calculated by using the MOS retrieval algorithm. Simulation results show that the proposed algorithm is effective and simple, and can lead to time savings of nearly 50% compared with MOS. An example of application of SAR data is also discussed, involving the retrieval of precipitation information over the South China Sea.     

基于卫星InSAR技术的地质灾害隐患点探测与形变分析

地质灾害的频繁发生直接或间接地给自然环境和社会带来了不可逆转的巨大危害,近年来我国也在不断加强地质灾害早期识别和防治的力度.合成孔径雷达干涉测量（InSAR）技术以其全天时、全天候、高精度、大范围监测的优势,成为一种重要的形变监测手段.本文以贵州省黔东南州地质灾害隐患排查为例,采用差分干涉测量（D-InSAR）和小基线集（SBAS）时序InSAR技术分别处理了ALOS-2/PALSAR-2和Sentinel-1雷达数据.选取具有代表性的4个隐患点区域重点讨论,结果展示了D-InSAR在大范围地表形变探测以及SBAS在高精度形变监测中的优势,同时表明两种方法在地质灾害隐患普查中可以互相补充,提升地灾隐患的识别能力.此外,获取的隐患点雷达视线方向累积形变序列和平均形变速率,可为贵州省地质灾害防灾减灾提供有价值的参考.     

Added-value of GEO-hyperspectral Infrared Radiances for LocalSevere Storm Forecasts Using the Hybrid OSSE Method

正021-0443-1.Article Highlights:·The added-value from a GEO-hyperspectral IR sounder is studied by using a hybrid OSSE method.·The hybrid OSSE system can be used to evaluate the simulated GEO CrIS-FSR data by verifying the simulated LEO CrIS-FSR compared to the real CrIS-FSR.·The assimilation of GEO-hyperspectral IR data improves atmospheric temperature, moisture, wind, and precipitation forecasts.·An overall 5%RMSE reduction was found from using a GEO hyperspectral IR sounder on the atmospheric variables.     

稻田轮作系统的减灾效应研究

1998年冬～2003年秋,在江西农业大学科技园水稻田进行了轮作系统的减灾效应试验.试验结果表明,稻田轮作系统能较好地减少病、虫、草害.其中轮作处理B(紫云英“接茬“玉米“间作“大豆“接茬“晚稻)、处理C(黑麦草“接茬“中稻)、处理D(黑麦草“接茬“早稻“接茬“晚稻)比连作处理A(紫云英“接茬“早稻“接茬“晚稻),在病、虫、草害方面都有不同程度地减少.对比分析折产后作物的生物产量可以发现,轮作处理D最高,达13 686 kg/hm,比连作处理A高6.7%.