利用X波段导航雷达探测海洋表面流速的方法

针对X波段导航雷达对海杂波的成像,研究了利用多谱勒频移和布拉格散射来探测海表面流的方法。提出了一种结合几何滤波模型的X波段雷达海流反演预处理算法,此算法不需要已知的最大海流流速进行带通滤波处理,结合线性波理论色散方程以及最小二乘算法,可以得到精确的海表面流速。与传统的X波段导航雷达测流方法相比,该算法简单高效,占用资源少,并且不仅适用于岸基X波段导航雷达,还适用于船载X波段导航雷达。与附近站点高频地波雷达表面流数据进行对比实验,二者结果的一致性表明了本文方法是可行的。     

X波段测波雷达海流信息反演的影响因素分析

X波段测波雷达海流信息的提取决定着有效浪高结果的准确度。因此,对可能影响X波段测波雷达海流信息提取的各种环境因素以及雷达工作模式等进行了海浪回波成像仿真,然后采用目前测波雷达通用的算法对仿真回波图像进行了海流信息反演。主要研究了海表面风速、雷达天线架设距离海平面高度、天线转速、海流流速、海流流向与海浪方向夹角、所选取的图像帧数以及每帧图像大小对海流信息反演的影响。对比分析设定值与反演结果,可知海表面风速在6~14 m/s之间,天线高度大于20 m并且转速为50~70 r/min,流速小于200 cm/s并且主波浪向与流向夹角不接近90°,图像帧数为128帧并且每帧图像数据点数为128×128时,X波段测波雷达能获得最佳海流信息反演结果。     

航天多波段全极化干涉雷达的地物探测

航天飞机成象雷达 3号及X波段合成孔径雷达 (SIR -C/X -SAR)计划是一项包括中国在内有 13个国家合作进行的大型雷达对地观测研究计划。SIR -C/X -SAR具有L、C、X3个波段及L、C波段HH ,HV ,VH ,VV极化 ,X波段VV极化同时成象的能力 ,可获得全极化及干涉雷达数据 ,是本世纪内最先进的航天成象雷达系统。该文系统介绍了SIR -C/X -SAR中国项目开展以来取得的研究成果。重点阐述了中国雷达试验区及与SIR -C/X -SAR成象飞行同步开展的航天—航空—地面立体同步观测试验和对干沙的穿透性试验 ,以及在相关领域和不同地区的应用 ,包括昆仑山火山群的发现 ,广东肇庆植被覆盖区地质体的识别 ,明、隋两代长城的探测与极化响应分析 ,海洋及城市特征研究 ,并介绍了利用干涉雷达数据生成数字地形模型的结果     

基于X波段雷达的海洋动力学参数提取算法初步研究

从X波段船舶雷达记录的连续雷达图像中,可以获得海浪频谱和海流的信息。在不存在海洋表面流的情况下,雷达图像的三维频谱分布在由静水色散关系确定的平面轨迹上。海流的存在会使三维频谱的能量分布产生相应的多普勒频移,对此频移进行最小二乘拟合,可以确定海流的大小和方向,进而得到有向浪高谱。本文基于通用的海浪谱和方向函数,在考虑阴影调制的情况下仿真海面X波段雷达图像序列,分别对无海流和有海流作用下的三维频谱进行了数值模拟,通过海流产生的多普勒频移拟合出海流,并获得二维图像谱。最后分析了McMaster大学X波段雷达的实测定向海面回波数据,获取了海浪的一维图像频谱。     

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。     

双线偏振双波段（X／Ka）主被动微波遥感系统的研制与初步试验

为拓展主波，动生波探测系统遥感降水云雨的功能，使系统的原理先进性能有进一步的体现，将一套主被动双波段（X／Ka)微波遥感系统研制升级为双线偏振双波段主被动微波遥感系统。对新系统及主要部件的工作原理，技术指标及研制改造方法作了介绍，还给出了一些初步的观测结果。     

InSAR技术在矿区沉降监测中的应用研究

介绍了应用InSAR技术监测矿区地表沉降以及地下开采活动的原理;利用重轨差分InSAR技术获得了峰峰矿区地表ENVISAT和JERS 1的雷达形变干涉相位图;分析了在矿区地表沉降过程中ENVISATC波段和JERS 1 L波段形变干涉相位图的相干特性、相位特性以及干涉测量技术在矿区地表沉降监测中应用的可行性和局限性。实验结果表明,利用C波段和L波段雷达数据可以实施对矿区地表沉降的监测,但是C波段雷达受到空间干涉基线的限制更加严格,如果要实现对矿区地表沉降的监测,需要充分利用每个卫星回访时期的雷达数据,建立长时序的星载雷达形变干涉相位图序列,才能较好地实现矿区地表沉降监测。     

俄机载火控雷达改进测绘能力

俄罗斯“甲虫-ME”多功能多体制X波段相干机载火控雷达已顺利结束飞行测试并开始投入批量生产。该雷达具有实波束地图测绘、多普勒波束脱化地图测绘和合成孔径方式地图测绘能力。目前，“甲虫-ME”雷达在地图测绘模式下的分辨率为5米。近期将会提高到3米，不久的将来进一步提高到1米。     

航天飞机成像雷达海面风矢量观测研究——以1994年4月南中国海试验区为例

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     

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。     

机载X波段极化干涉SAR数据非监督分类方法研究

针对经典极化分类算法在处理机载X波段SAR数据时将过多地物分为体散射类型,并且容易受噪声影响,分类结果存在大量误分现象的问题,通过对机载X波段SAR数据非监督分类方法的研究,提出将极化干涉信息用于机载X波段极化干涉SAR数据的分类。通过运用极化干涉数据进行目标分解得到参数A1和A2对数据进行初始分类,然后结合改进的Wishart最大似然分类算法来进行地物的自适应分类。实验结果表明,该方法能有效避免平地效应的影响,抗噪性好,能正确区分三种典型散射类型,分类效果明显优于极化分类效果。     

Evaluation of microwave remote sensing data for forest stratification and canopy characterisation

The study presents digital preprocessing techniques, visual mapping capability of airborne X-band SAR data having diverse vegetation types in tropical wet climate. Spatial textural analysis methods have also been evaluated to enhance discriminability of the forest types and features. Attempt has been made to enhance the information by merging optical remote sensing data with microwave X-band response. Finally, the backscattering digital values have been correlated with qualitative and quantitative vegetation parameters. The Leaf Area Index has shown significant relationship with SAR image digital number value.     

无人机机载相机曝光时刻摄影中心三维坐标高精度插值算法研究

随着机载定位定向系统（POS）的不断完善,无人机技术已成为高精度摄影测量的重要途径．由于POS系统中全球卫星导航系统（GNSS）接收机的采样频率有限,需要对机载相机曝光点时刻摄影中心三维坐标进行插值计算．本文对常用的四种插值算法进行了研究,并通过实测数据对比不同插值算法的优劣,结果表明,当GNSS原始数据采样频率高于1 Hz时,三次样条插值算法误差均方根误差优于5 cm,更适用于无人机曝光时刻摄影中心三维坐标的高精度插值．      

中国星载降水测量雷达首次校飞试验-雷达性能指标分析

2010年9月-10月成功开展的中国首次Ku/Ka双频星载降水测量雷达校飞试验,获得了宝贵的机载雷达实测数据和地面、海面同步观测数据,以及热带降雨测量卫星所携带降水雷达的同步观测数据。本研究给出了校飞试验中获得的Ku/Ka双频降水测量雷达探测结果;对Ku/Ka频段机载雷达与车载气象雷达数据进行了点对点比较,计算了定量指标,从统计意义上表明观测的一致性;并对比分析了校飞雷达数据与星载降水雷达数据,揭示降水测量雷达仪器的降雨探测能力;利用降雨和晴空海面实测数据给出了Ku/Ka频段雷达探测灵敏度和实际距离分辨率的分析结果,验证了Ku/Ka频段降水测量雷达的性能指标。     

机载LiDAR数据处理与地物提取

介绍了机载LiDAR数据处理流程,分析了TerraSolid软件应用于LiDAR点云的地物提取方法,对复杂城区激光点云进行了地物提取试验研究,实现了植被、建筑物、水渠、地面点等地物的提取,制作了数字高程模型。     

利用三维重建模型的机载InSAR区域网平差方法

在机载合成孔径雷达干涉测量（synthetic aperture radar interferometry,InSAR）中,为了获取高精度的数字高程模型（digital elevation model,DEM）,研究了机载InSAR视向量正交分解法及三维重建数学模型,分析了中国的机载CASMSAR（synthetic aperture radar system of Chinese Academy of Surveying and Mapping）干涉系统误差来源及观测参数,建立了机载InSAR区域网平差模型。利用国产机载CASMSAR系统获取的X波段干涉数据进行试验,利用高精度的控制点数据进行平差解算,结果表明本文方法能够消除干涉模型间平面和高程差异,DEM成果满足1:1万山地测图精度要求,验证了该模型的正确性和有效性。     

River dike deformation measurement with airborne SAR

Due to extremely high water levels or extremely dry periods, river dikes can deform and eventually burst. The deformation can be measured with repeat-pass synthetic aperture radar (SAR) interferometry. Two flights (5.5-day interval) with an airborne C-band SAR were carried out to verify a particular case. During the second flight, the dike was deliberately deformed. Interferogram analyses showed that the dike deformed by at most 2 mm on this day, in approximate agreement with tachymeter measurements. Corner reflector analysis showed a deformation of about 1 cm during the 5.5-day interval, in good agreement with ground measurements.     

利用面向对象的分类方法从IKONOS全色影像中提取河流和道路

传统的基于像素的统计特征的分类方法在处理高分辨率影像的分类问题上遇到了很大的困难。本研究利用面向对象的影像分析方法对IKONOS全色影像进行了河流与道路的分类,包括利用影像对象的光谱特征的初次分类和利用子目标对象的线特征的二次分类两个过程;其中初次分类由于仅依据光谱信息,不能很好地将河流或道路与其他光谱特征相似的地物区分开,而通过引入子目标的形状特征进行二次分类,就可以准确地将河流与道路提取出来。试验结果表明,面向对象的分类方法能够满足高分辨率或纹理影像的分类需要,具有很大的应用潜力。     

玉树地震灾情SAR遥感监测与信息服务系统

在玉树地震中,中国首套自主知识产权的机载多波段多极化干涉SAR测图系统,发挥全天时主动遥感的优势,成功服务于抗震救灾中。依据玉树地震灾情综合地理信息监测与评估工作,着重探讨SAR遥感影像用于地震灾情监测与评估中的处理方法和技术路线,研究制定了地震灾区灾情综合地理信息监测指标,通过快速几何处理、快速变化信息提取、快速目标判读和灾害空间危险性评估,实现了玉树地震震区灾情综合地理信息的解译、制图和统计评估。在此基础上,开发了玉树地震灾情综合地理信息服务系统,实现了灾情监测信息的综合管理、可视化查询和统计分析。     

Surface roughness signatures of summer arctic snow-covered sea ice in X-band dual-polarimetric SAR

ABSTRACT

Surface roughness of sea ice is primary information for understanding sea ice dynamics and air–ice–ocean interactions. Synthetic aperture radar (SAR) is a powerful tool for investigating sea ice surface roughness owing to the high sensitivity of its signal to surface structures. In this study, we explored the surface roughness signatures of the summer Arctic snow-covered first-year sea ice in X-band dual-polarimetric SAR in terms of the root mean square (RMS) height. Two ice campaigns were conducted for the first-year sea ice with dry snow cover in the marginal ice zone of the Chukchi Sea in August 2017 and August 2018, from which high-resolution (4 cm) digital surface models (DSMs) of the sea ice were derived with the help of a terrestrial laser scanner to obtain the in situ RMS height. X-band dual-polarimetric (HH and VV) SAR data (3 m spatial resolution) were obtained for the 2017 campaign, at a high incidence angle (49.5°) of TerraSAR-X, and for the 2018 campaign, at a mid-incidence angle (36.1°) of TanDEM-X 1–2 days after the acquisition of the DSMs. The sea ice drifted during the time between the SAR and DSM acquisitions. As it is difficult to directly co-register the DSM to SAR owing to the difference in spatial resolution, the two datasets were geometrically matched using unmanned aerial vehicle (4 cm resolution) and helicopter-borne (30 cm resolution) photographs acquired as part of the ice campaigns. A total of five dual-polarimetric SAR features―backscattering coefficients at HH and VV polarizations, co-polarization ratio, co-polarization phase difference, and co-polarization correlation coefficient ―were computed from the dual-polarimetric SAR data and compared to the RMS height of the sea ice, which showed macroscale surface roughness. All the SAR features obtained at the high incidence angle were statistically weakly correlated with the RMS height of the sea ice, possibly influenced by the low backscattering close to the noise level that is attributed to the high incidence angle. The SAR features at the mid-incidence angle showed a statistically significant correlation with the RMS height of the sea ice, with Spearman’s correlation coefficient being higher than 0.7, except for the co-polarization ratio. Among the intensity-based and polarimetry-based SAR features, HH-polarized backscattering and co-polarization phase difference were analyzed to be the most sensitive to the macroscale RMS height of the sea ice. Our results show that the X-band dual-polarimetric SAR at mid-incidence angle exhibits potential for estimation of the macroscale surface roughness of the first-year sea ice with dry snow cover in summer.