全极化综合孔径微波辐射计全极化亮温的重构

为了获取全极化信息和降低重构误差,提出了一种改进的全极化重构算法应用于全极化综合孔径微波辐射计,并分析了交叉极化对全极化亮温各分量的影响程度.仿真结果表明,与传统算法相比,改进的全极化重构算法能够有效降低图像重构误差,获取高精确度的全极化亮温数据以满足测量土壤湿度、海表面盐度、海表面风矢量等应用需求.      

一维带限Weierstrass分形海面电磁散射的矩量法研究

采用一维带限Weierstrass分形函数来模拟实际的分形海面,依据海水的介电特性,运用矩量法研究了锥形波入射一维带限Weierstrass分形海面的电磁散射特性。通过数值计算得到了散射系数随散射角的变化曲线,讨论了风速、分维、海水盐含量、入射波频率对散射系数的影响,得到了一维带限Weierstrass分形海面散射系数的基本特征、分形特征和随频率变化特征。结果表明,风速、分维和入射波频率对散射系数有显著影响,而海水盐含量对散射系数的影响较小。     

高分辨率宽幅星载SAR海洋监视与信息反演

 为了满足对海洋监视日益增长的需求,星载合成孔径雷达（SAR）系统应具备高分辨率宽测绘带能力。高分宽幅星载SAR系统不仅能够获得海洋的环境参数（如洋流、内波、风场、海浪等）,还能够获得海面上各种目标（如舰船、溢油、海冰等）的信息,为国民经济建设和国防建设提供信息来源。本文讨论了星载SAR系统在海洋监视中的应用,论述了用于海洋监视的星载SAR系统关键技术,总结了未来海洋监视星载SAR的发展方向。     

Characteristics of EM scattering on dielectric fractal surface

Conclusions In this note, the scattering field from the dielectric rough surface is investigated by using the fractal function. Parameters of the fractal function are changed to model the roughness of the surface under consideration. In this way, explicit expression of the scattering field from the rough surface in Kirchhoff approximation can be obtained and other different cases can be easily analysed. We can conclude that the fractal function is a fine tool for solving the problems of scattering from the rough surface. This note can provide the numerical bases for the inverse problems.     

Simulation study on optimal currents and winds for the spaceborne SAR mapping of sea bottom topography

A simulation model for the radar backscattering cross section of the sea surface has been developed based on the synthetic aperture radar (SAR) imaging mechanism of the sea bottom topography. The relationship between tidal currents, sea surface winds and the SAR mapping of the sea bottom topography has been analyzed using the results of the simulation. It is shown that the sea bottom topography can be observed by spaceborne SAR more easily at high current speeds. The optimal direction of the currents for mapping the sea bottom topography is the direction perpendicular to the bathymetric features while the direction parallel to the bathymetric features is the worst. The optimal range of wind speeds for mapping the sea bottom topography is between 3 and 9 m/s. The wind directions between 30° and 89° are preferred although the effect of the wind direction on SAR mapping of bottom topography is complicated.     

复杂目标雷达图像形成机理分析

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)图像包含了复杂目标重要的电磁散射特性,图像中的散射中心可以提供目标结构和散射点位置等重要的目标几何信息。定量分析SAR图像中散射中心分布和形成机理在目标探测和识别领域具有重要的理论意义和应用价值。本文选取典型复杂目标（航母和战车）,正向构建了目标散射中心参数化模型。在此基础上,对目标SAR图像中轮廓的形成机理和图像稳定性开展了定量分析,建立了图像中散射中心与散射部件间的良好映射关系,揭示了散射中心的形成机理,进一步分析了目标上随姿态稳定的散射中心与目标局部几何结构之间的联系。此外,针对实际应用中目标几何模型非理想光滑的情形,本文研究了目标表面几何粗糙对SAR图像的影响,目标表面合适的粗糙程度可以改进仿真图像的结果,形成更加清晰的目标轮廓;但若粗糙程度过大则难以客观反映实际模型的电磁特性。本文构建的散射中心模型与实测数据进行了比对,结果吻合良好。     

基于极化定向角补偿的思茅松林地上生物量反演

目的 极化合成孔径雷达在森林遥感监测中得到了广泛的应用。由于法拉第旋转和地物结构特性,电磁波极化定向角发生偏移,导致散射特征在机理上存在模糊性。本研究主要分析极化定向角偏移对体散射分量和地上生物量反演的影响。方法 以ALOS PALSAR全极化星载合成孔径雷达(SAR)数据为数据源,基于L波段散射特征,考虑地面与树干之间的二面角散射贡献,研究提出了一种扩展极化水云模型;基于Yamaguchi四分量分解参数和扩展极化水云模型估测思茅松林地上生物量。结果 通过酉变换来补偿极化定向角偏移后,体散射分量高估得到修正,极化定向角补偿后的体散射与实测地上生物量的回归模型较未补偿前效果更好(决定系数R²从0.214提升到0.332)。采用Yamaguchi四分量和扩展极化水云模型的地上生物量估测值和实测值有较强的相关性(R²= 0.644)和较低的均方根误差(23.11 t/hm²)。结论 SAR数据在极化分解前应进行极化定向角补偿,以减少体散射高估和二面角散射低估的问题,提高地上生物量反演精度。半经验极化扩展水云模型具有很好的估测森林地上生物量的潜力。     

基于二分算法的GNSS-R数值分析

海面风场反演是利用全球导航卫星系统反射信号（GNSS-R）进行海面遥感探测的一个重要应用,其前提是确定散射区域信息。通过分析比较S.C.Wu算法及在此算法基础上提出的二分法,仿真得出二分算法测得的镜面反射点也可以正确得到散射点的区域变化信息。最后,仿真分析了二分法下的海面散射信号的时延-多普勒二维相关功率关系,验证了二分算法模型简单且实际应用性强的优势。     

一维带限Weierstrass分形粗糙面电磁散射的微扰法研究

运用微扰法研究了平面波入射粗糙面的电磁散射问题。采用一维Weierstrass分形粗糙面模拟实际的粗糙面,结合其功率谱密度导出了散射系数计算公式;通过数值计算得到HH极化状态下散射系数的角分布曲线,讨论了分维、标度区间、空间基频、粗糙面高度起伏均方根以及入射波频率的变化对散射系数的影响;得到了平面波入射一维带限Weierstrass分形粗糙面散射系数的分形特征、基本特征、分区特征和随频率变化的特征。     

斜视SAR带状成像算法的比较

对可用于斜视ＳＡＲ成像处理的算法，从它们的聚焦能力，处理大距离弯曲能力以及处理相关核空变特征的能力上，进行了研究，认为二维处理算法具有最全面的处理能力，但其成像的实时性最差；二维快速多项式变换处理算法（ＦＰＴ）同样具有全面的处理能力，但其成像的实时性较好；一维校正处理算法，具有较好的处理能力，其成像的实时性最好，而且能与正侧视成像算法相容合，有利于多模式ＳＡＲ成像。     

大气偏振度与PM2.5粒子浓度特性研究

为了满足偏振光导航在雾霾天的应用需求。研究雾霾天对于偏振信息检测的影响及其规律,对降低自然扰动对偏振光导航系统的误差、优化系统具有重要的意义。本文采用全天域偏振成像法对雾霾天的偏振信息进行大量的实验采集,并通过国家气象中心查询大气PM2.5粒子浓度,对两者的关系进行理论与实验分析。结果表明,PM2.5浓度与大气偏振度的关系随着PM2.5粒子浓度的升高而降低,两者呈类指数关系。通过基于米氏散射理论对单粒子多次散射进行分析,结合大气的特殊情况,在将PM2.5粒子近似为球形结构进行通过米氏散射进行理论分析,分析结果与实验结果基本一致。通过对误差进行残差分析和残差平方和分析,误差主要来源于大气复杂情况的干扰以及本实验所用探测器CMOS传感器的线性范围。本文通过大量的实验所研究的特性曲线可以反映特殊天气下偏振信息的基本特征,对以后在特殊天气情况下的基于偏振光导航设计具有重要的意义。     

A study on radar cross section of the two-dimensionally fractal rough surface

The analysis of the RCS from the rough sea and ground surface is made. The two-dimensionally band-limited fractal function is used to model the sea and ground surface, the scattered electromagnetic field is calculated by using Kirchhoff approximation. The validity of this result is assured by some references, which indicates that the methods are reliable. Foundation item: Supported by the National Natural Science Foundation of China(69571021) Biography: GAO Ming-qin (1974-), Master Candidate. Research field: EM scattering.     

基于起伏地形的SAR森林二次散射有效路径计算

提出了一种基于起伏地形的SAR森林二次散射有效路径计算方法. 采用大尺度面元拟合来描述地表的坡度变化,通过对散射粒子与大尺度面元的二次散射进行条件遍历,充分考虑了地表具有大尺度起伏特征时森林雷达二次散射可能不存在或存在多条二次散射有效路径的情况. 为了提高计算效率,一方面限定了遍历的面元范围,另一方面将森林场景划分为三维网格,用网格中心处有效路径的遍历结果作为网格内散射粒子的二次遍历条件. 计算机仿真给出了在分形模拟地形和实测DEM数据下二次散射有效路径的计算实例,并与单一坡度倾斜地表模型的计算结果进行了对比,结果表明,该方法能够有效地表征地形起伏情况下森林的雷达二次散射特征.      

基于SAR成像的复杂环境中目标识别

综合小面元剖分的数值方法和小面元内部的微扰近似,提出了数值双尺度粗糙面模型,用于模拟SAR分布目标散射.建立SAR分布目标回波信号模型,用于仿真SAR原始数据的产生,用距离多普勒(RD)算法进行成像.模拟计算了一个复杂地形中人工建筑识别的实例,最后采用灰度分割的识别算法进行识别仿真.     

SCTE: RCS prediction system for complex target and interaction with environment

A RCS prediction system named SCTE (Scattering from Complex Target and Environment) for calculating high-frequency electromagnetic scattering from complex target within complex environment is presented. The scattering body is described by Computer-Aided-Design (CAD) representations in which the complex body is modeled as NURBS (Non-Uniform Rational B-spline) surfaces. The complex environment (rough surface of sea or ground) is also carefully considered by using fractal function. Scattering fields are calculated by using physical optics and the equivalent currents methods. There is a good agreement between the present results and that from measurements which demonstrates the accuracy of this system. Foundation item: Supported by the National Natural Science Foundation of China Biography: CAO Qin-feng (1972-) male, Ph.D. candidate.     

基于PM谱的二维各向异性海面电磁散射的微扰法研究

运用微扰法研究了基于PM谱的二维各向异性海面电磁散射问题,结合其功率谱推导出了平面电磁波入射时的散射系数表达式。通过数值计算得到了HH极化下双站散射系数随散射角变化的曲线,讨论了摩擦风速、风区范围、海面上方10 m高度处的风速、观察方向与逆风方向之间夹角和入射波频率对双站散射系数的影响,得到了基于PM谱的二维各向异性海面电磁散射的基本特征、分区特征和随频率变化的特征。     

利用不规则曲线测量数据实现雷达目标三维成像

由于平台任务要求或环境影响,雷达数据采样路径可能是不规则曲线。利用通常舍弃的不规则曲线测量数据实现雷达目标三维成像,而且在稀疏测量情形下的成像分辨率甚至超过密集采样时传统成像算法的分辨率。不规则曲线测量数据的空间采样具有稀疏性和非均匀性,不能用传统成像算法得到高分辨率图像。基于压缩感知的雷达目标成像,突破了传统分辨率的瑞利准则限制,且可应用于非均匀采样数据。目标高频散射的稀疏性为压缩感知在雷达成像中的应用奠定了基础。更重要地研究证明,不规则曲线测量矩阵具有良好的互不相干性,因此基于压缩感知的三维成像能够满足重构精度和稳定性要求。考虑到三维成像中测量矩阵的高维性,用分段正交匹配追踪算法实现目标信号的稀疏重构。实验结果表明,算法不仅能够精确实现超分辨三维成像,而且成像算法具有很好的鲁棒性。     

基于偏振成像的目标识别技术研究

提出了一种基于偏振特征的目标识别技术.实验采用He-Ne激光作为照明光源,根据目标散射光偏振度的差异,利用DSP图像采集系统获取了目标的偏振图像,并编写程序计算了图像的灰度值.结果显示:偏振成像技术可以提高目标成像的对比度和分辨率;相对于退偏振强的目标,退偏振弱的目标图像亮度变化明显.所以偏振成像技术可以有效地提高目标探测和识别效率.     

Retrieval of ocean surface wind stress and drag coefficient from spaceborne SAR

A model for retrieval of wind stress and drag coefficient on the sea surface with the data measured by spacebome synthetic aperture radar (SAR) has been developed based on the SAR imaging mechanisms of ocean surface capillary waves and short gravity waves. This model consists of radiometric calibration, wind speed retrieval and wind stress and drag coefficient calculation. A Radarsat SAR image has been used to calculate wind stress and drag coeffi cient. Good results have been achieved.     

获取俯仰信息的车载合成孔径雷达成像方法

车载合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)技术能够弥补摄像头和激光雷达在恶劣环境下感知能力的不足.针对现有一维车载SAR成像方案无法实现目标俯仰方向分辨的缺点,提出一种基于俯仰方向等效均匀阵列和行进方向合成孔径相结合的二维SAR成像方案.数据采集系统采用77 GHz商用多输入多输出雷达和线性导轨搭建.实验结果证明,该系统所得成像结果能够有效反映目标外形轮廓.在车辆非直线轨迹运动场景下,存在唯一可用后向投影算法时间复杂度过高的问题,针对上述成像方案阵元特点,提出一种基于时域和波数域结合的快速成像算法.理论推导和仿真实验表明,该算法能有效降低时间复杂度,且保持良好成像效果.