复杂地物背景角域后向散射分布特性研究

针对采用平均后向散射系数进行对地空炸毫米波引信回波仿真时,因照射区域内入射角度散布较大造成仿真精度不足的问题,对复杂地物背景后向散射特性测试的远场条件进行了讨论,修正了复杂地物背景毫米波近场测试远场条件表达式,提出一种针对引信对地探测的复杂地物背景角域后向散射分布建模方法,构建基于实测数据优化的土耕地、水泥地等背景角域后向散射场,分析其对引信探测响应回波的影响。仿真结果表明,接近垂直入射情况下与传统乌拉比模型比较一致性较好,接近水平入射情况下比乌拉比模型后向散射系数小2~4 dB。利用该引信回波算法提高了毫米波引信探测仿真精度,可为对地空炸毫米波引信探测器设计提供数据支撑。

石油类污染水体后向散射特性分析——以辽宁省盘锦市双台子河和绕阳河为例

水体悬浮物对溶解在水中的油及乳化油有吸附作用,这种作用会叠加在颗粒物上,对水体的后向散射系数产生影响,而水体后向散射系数是水色遥感的重要参数之一,对建立遥感反演石油类污染浓度半分析模型起着关键性的作用。根据2008年5月在辽宁省盘锦市辽河油田境内双台子河和绕阳河现场测定的水样,对水体组分进行浓度分析,并分别利用分光光度计及后向散射系数测量仪测定水色三要素的吸收系数和水体后向散射系数。根据获取的数据,对石油类污染水体后向散射特性进行分析,分别建立了(1)石油类污染水体后向散射系数光谱模型;(2)石油类污染水体和非石油类污染水体后向散射系数与无机悬浮物浓度的关系模型。研究结果表明:(1)在建立的后向散射系数光谱模型中,幂函数指数平均值为0.87;(2)从相关系数分析来看,对后向散射系数起主要作用的是无机悬浮物浓度,其次是石油类物质浓度,而有机悬浮物浓度几乎没有影响;(3)对于无石油类污染水体,后向散射系数与无机悬浮物浓度为对数关系模型,而与有石油类污染水体更接近线性关系模型。

激光气象雷达多次后向散射信号特性分析

利用小角近似方法,分别给出了单次和多次后向散射激光雷达方程.通过引入的多次散射评价参量,分析了接收视场角和光学厚度等因素对多次后向散射信号的影响.理论研究表明:多次后向散射主要与接收视场角和光学厚度密切相关,当接收视场角比发射视场角大10倍,光学厚度超过3时,多次后向散射信号逐渐增大并占主要优势,当接收视场角比发射视场角大100倍时,光学厚度超过1时,多次后向散射信号开始明显增强.

大气后向散射对弹道导弹激光引信的影响分析

由于作用距离的不同,与空空导弹及反坦克导弹等激光引信相比,大气后向散射对弹道导弹激光引信的具体影响也不同。本文利用Mie散射理论计算了大气后向散射系数,通过数值计算分析了大气后向散射对弹道导弹激光引信的影响,探讨了消除大气后向散射影响的技术措施,以供相关课题的工程实施参考。

基于时间调制技术的可重构后向散射通信系统

近年来,时间调制阵列因其优越的矢量调控性能受到广泛关注。基于时间调制方法,该文提出一种可重构后向散射通信系统。该系统中后向散射节点将多类数字调制符号映射至控制信号波形的谐波分量中,以该波形控制后向散射节点对基站端来波的散射与吸收态;接收机采样后向散射信号并提取控制信号波形后,通过傅里叶变换计算谐波分量并恢复后向散射节点发射的数字调制符号。仿真结果验证了几种谐波解调方法的性能及与理论值的一致性。基于幅度、相位键控及正交振幅调制的可重构后向散射传输实验验证了所提系统和方法的可行性。相比较而言,该后向散射通信系统具有功耗低、结构简单、多类数字调制方式可重构的特点。

一种Kongsberg EM多波束后向散射强度波束指向性残余改正方法

Kongsberg EM多波束声呐的波束指向性与出厂标定存在偏差,导致后向散射强度呈现与扇区耦合的辐射畸变,针对这个问题提出了一种基于波束指向性模型的多扇区指向性残余改正方法。该方法首先在分析波束收发过程的基础上,构建EM声呐多扇区指向性辐射模型;然后选取特定测线,采用经验性声学模型估计后向散射强度-角度曲线,分离各扇区指向性残余信号;最后对回波强度进行指向性残余改正,得到与采集扇区无关的后向散射强度。实例计算结果表明:该方法能有效降低多扇区指向性残余对后向散射强度测量的干扰,提高EM系列多波束声呐在海底底质分析中的使用价值。

湛江湾水体颗粒物后向散射特性及其遥感反演研究

湛江湾2018年1月的原位调查,获得了原位遥感反射率(Rrs)、颗粒物后向散射系数(b_(bp))、叶绿素a(Chl a)和无机悬浮颗粒物(ISM)浓度等参数,分析了湛江湾水体颗粒物后向散射特性,并对颗粒物后向散射系数进行了遥感反演研究。研究结果显示:在研究区域观察到表层水体6个波段(420, 442, 470, 510, 590和700 nm)颗粒物后向散射系数的变异系数均在50%~60%之间,其变化范围为0.026 1~0.211 2 m^(-1),这意味着水体光学性质的复杂性。为了更好地量化b_(bp)的光谱特性,研究以510 nm为参考波段构建了b_(bp)幂函数光谱模型,获得的光谱模型斜率指数n=1.55。研究发现b_(bp)(510)与ISM呈现乘幂关系,与颗粒物组成(Chla/ISM)呈现指数关系,决定系数R2分别为0.74和0.62,表明研究区域颗粒物后向散射系数一阶驱动因子主要为无机悬浮颗粒物浓度,二阶驱动因子颗粒物组成对b_(bp)(510)变异也具有重要的贡献。为了准确估算湛江湾颗粒物后向散射系数,研究基于原位遥感反射率构建了随机森林模型,并与QAA-v6、 QAA-RGB和QAA-705三种半分析算法进行对比。随机森林模型的R2为0.86,平均绝对百分比误差MAPE为12%,均方根误差RMSE为0.02 m^(-1), QAA-v6、 QAA-RGB和QAA-705三种半分析算法R2分别为0.63、 0.71和0.53, MAPE分别为186%、 117%和243%, RMSE分别为0.16、 0.09和0.18 m^(-1),三种半分析算法虽然也具有较高的R2,但估计值和测量值之间存在显著差异,且MAPE和RMSE也较大,三种半分析算法显著低于随机森林方法的反演精度,表明运用遥感反演湛江湾b_(bp),随机森林方法具有较大的应用潜力。

脉冲激光引信烟尘环境后向散射回波特性

针对激光引信在烟尘环境下探测时容易被烟尘散射和反射干扰引起虚警或漏警的问题,提出基于T矩阵法和Monte Carlo方法建立烟尘环境下脉冲激光的后向散射回波模型,进行905 nm脉冲激光在不同烟尘环境下无目标和有目标情况的仿真计算,研究不同烟尘浓度、不同收发间距和不同目标距离下的激光后向散射回波特性。通过现场试验,对比实测归一化值与仿真归一化强度值验证了脉冲激光在烟尘环境下的后向散射模型的精确度,为后续脉冲激光引信在烟尘条件下的抗干扰探测奠定了基础。

太湖水体的后向散射概率

假设2004年10月太湖水体的吸收系数和遥感反射比的测量误差为0,利用生物光学模型,通过优化算法,在光学深水区模拟获得水体的后向散射系数,然后通过后向散射概率和颗粒物后向散射系数之间的定量关系,获得水体中可能真实的颗粒物后向散射概率.结果表明,太湖水体的颗粒物后向散射概率不是一个定值,可以表示为波长的二次函数,在442、488、532、589、676和852nm处分别为0.017、0.017、0.027、0.033、0.054和0.094,均值为0.041,标准偏差为0.030.

超越后向散射通信:超材料无源物联网感知新范式

随着物联网应用需求的日益复杂和多样化,预计入网传感器数量将指数级增长。在现有传感器技术中,基于后向散射机制的无源传感标签因其极低成本和免维护特性,展现出更大规模部署的潜力。然而,现有无源传感标签受限于传输距离不足,进而限制了其在实际应用中的广泛部署。针对上述问题,提出了一种基于超材料标签的无源物联网感知系统。作为一种后向散射标签,能够随感知目标的状态改变其对无线信号的散射系数。无线收发机进而通过处理标签的散射信号,即可同时完成感知与数据传输。超材料标签由多个单元以小于半波长的间隔排列构成,从而能够有效地集中信号能量,便于接收机检测,进一步增加系统传输距离。为了优化所提出系统的性能,基于超材料等效电路模型与无线传输模型,构建了新型的感知传输联合模型。并在此基础上,进一步分析优化了超材料标签结构,提出了一种基于深度学习的感知算法,实现了对环境状态分布的感知。原型实验基于开口谐振环结构实现了一种湿度敏感的标签,并展示了系统在2 m范围内实现无源感知湿度分布的能力,有效地将无源传感的传输距离从分米级提升至米级。

高重复率卫星激光测距中后向散射干扰及规避

大气后向散射对高重复率卫星激光测距(Satellite Laser Ranging,SLR)的回波接收产生干扰且随测量频率增加愈发严重,已成为制约SLR工作频率提升的关键因素之一。根据大气散射雷达探测方程,分析了探测系统接收到的大气后向散射光功率及对回波接收的影响,以上海天文台现有收发分离的SLR系统为平台,通过试验验证了分析的合理性;据此厘清后向散射干扰产生时序,给出基于激光发射时序控制的后向散射规避方法。通过在高重复率距离门控电路中添加激光点火信号产生模块,并实时判断后向散射干扰情况以控制点火信号是否延迟输出,基于FPGA(Field Programmable Gate Array)完成了后向散射自动规避电路,成功应用在上海天文台高重复率SLR的常规观测中,实现了对散射的完全规避,且对Lageos等重点激光卫星的平均点火频率下降率低于2%,具有很好的推广应用价值。

强壮前沟藻的后向散射特性研究

基于2012年7月藻类培养实验期间的实测生物-光学数据,分析了强壮前沟藻的后向散射特性及其影响因素。结果表明,强壮前沟藻的后向散射系数值具有光谱变化性,并随叶绿素浓度的升高而增大,两者之间呈很好的幂函数关系,相关系数R2最小值可达0.96;此外,由于色素的吸收作用,使得其光谱形状会随叶绿素的变化而变化;同时获得的后向散射比率620nm处的变化范围在0.006 4～0.011 6之间;总体上,各波段颗粒物后向散射比率也呈现随叶绿素浓度增加而增大的趋势,但在高叶绿素浓度下,这种变化规律并不明显,并且就其光谱形状而言,无论叶绿素浓度高低,其光谱形状始终保持一致;颗粒密度是影响后向散射比率的主要因素之一,两者之间呈幂函数关系,相关系数r在620nm处高达0.98。

一种后向散射浊度传感器的设计

阐述一种后向散射式浊度传感器的设计,介绍其工作原理,设计方案以及浊度标定方法。该传感器通过后向散射的方式测量散射光,能够应用于狭小的地方,并且提高测量灵敏度和精准度。

6通道后向散射仪

6通道后向散射仪是用于海洋光学调查的仪器,可用于测量海水的后向散射系数。本文详细介绍了该仪器的配置、技术参数和使用方法。初步分析了利用该仪器于2005-06在渤海海域进行调查获得的数据,结果显示该仪器可适用于我国近海二类水体的测量。这对于我国近岸水体的光学调查及研究具有极其重要的意义。

黄东海海区悬浮颗粒物后向散射系数和后向散射比的空间分布规律研究

悬浮颗粒物在海洋光学特性中扮演着重要角色,后向散射系数是水色遥感反演中最主要的基础参数之一,因此对于悬浮颗粒物后向散射系数的研究具有重要意义。利用2003年4月黄东海春季航次测量的吸收、衰减和后向散射数据,研究该区域悬浮颗粒物后向散射系数和后向散射比的光谱特征以及空间分布规律。研究结果表明颗粒物后向散射系数光谱呈指数衰减且在垂直方向上与深度正相关;后向散射比的光谱具有波段特征;由于近岸颗粒物浓度大、粒径小,远岸颗粒物浓度小、粒径大以及湍流扰动的影响,导致后向散射系数和后向散射比呈现出在近岸海域较大而在远岸海域较小的空间分布规律。

一维带限Weierstrass分形粗糙海面电磁后向散射的微扰法研究

运用微扰法研究了平面电磁波入射随机粗糙海面的后向散射问题,结合一维带限Weier-strass分形粗糙海面的功率谱,导出了一维带限Weierstrass分形粗糙海面后向散射截面的数学表达式,进一步得出了不同极化状态下后向散射系数的计算公式。通过数值计算得到了两种情形下后向散射系数随入射角的变化曲线,讨论了粗糙面高度起伏均方根、分维、空间基频、标度区间、海水温度、入射波频率对后向散射系数的影响。得到了一维带限Weierstrass分形粗糙海面后向散射系数的基本特征、分形特征、随频率变化特征。

鄱阳湖丰水期水体后向散射特性研究

后向散射是获取湖泊水体光学活性物质遥感信息的关键,针对无机悬浮物为主的浑浊二类水体,其对水体表观光学性质有着决定性的影响,研究表层水体后向散射特性在提高湖泊光学活性物质遥感反演精度方面具有重要的意义.该文通过2017年6月在鄱阳湖丰水期36个站点的巡航监测,分析了水体后向散射特征及其与光学活性物质的关系,并利用指数模型对后向散射系数进行参数化.研究结果表明:在420～700nm波段范围内,水体后向散射系数、后向散射概率随波长的变动趋势较为一致,均随着波长的增大呈指数函数减小;空间上水体后向散射系数的均值和变幅为南湖区>主湖区>北湖区;总悬浮颗粒物浓度与后向散射系数之间的相关性随波长增大而增大,其中700nm波段的相关性最好,R2达到0.760;随着波长的增加后向散射系数与叶绿素a含量的相关性减少;同时建立了后向散射系数光谱模型,斜率指数为1.229,470～700nm波段平均绝对百分比误差均小于8%,具有较好的反演精度.

微波后向散射数据改进农作物光谱分类精度研究

利用实验区环境星多光谱数据与Envisat ASAR VV极化数据进行融合,讨论了VV极化微波后向散射数据用于改善多光谱遥感数据农作物分类的精度,并比较了不同分类方法的分类精度。结果表明,两种数据之间的融合充分利用了环境星数据的光谱信息和VV极化数据对于地物结构敏感的特征,不但增强了不同地物之间的光谱差异,而且提高了作物分类精度。两者融合后分类精度比单独使用环境星数据分类精度提高了约5个百分点,而且由于VV极化数据对田间非耕地信息的敏感性,对于田块边界的识别效果有很大的改善。通过该研究探讨了VV极化数据和多光谱数据融合在作物分类中的应用,拓展了遥感数据在农业领域应用的范围,具有推广价值。

激光照明的大气后向散射理论模拟和试验研究

分析了瑞利与米氏散射模型的后向散射对激光照明的影响 ,讨论并计算了不同气溶胶模型的散射相函数。建立了激光照明后向散射的物理模型 ,提出了具有实际应用价值的后向散射影响函数及其解析表达式并进行了理论分析。利用面阵CCD探测器对实际大气条件下后向散射对照明的背景干扰进行了测量 。

冬小麦不同生长期雷达后向散射特征分析与应用

雷达遥感具有全天候观测能力,其时效性保障是作物关键物候期观测的迫切需求。该文以全极化雷达遥感数据RADARSAT-2为数据源,选择冬小麦的孕穗期和乳熟期为研究对象,以理论模型MIMICS模拟为依据,分析了冬小麦不同物候期的散射特征和参数提取方法。结果表明:冬小麦不同生长期由于结构上的差异,散射特征差别很大;模型模拟可以为长势反演提供参考,为作物参数反演提供理论依据;孕穗期可以用极化比HH/VV提取作物长势信息,乳熟期极化比VV/VH更易提取长势信息,且精度更高,同时极化比VV/VH能在乳熟期估算冬小麦的产量。