星载微波辐射遥感的极化指数距平统计与土壤湿度分布

用辐射传输理论提出的地表微波辐射极化指数PI的定义 ,分别指出了土壤湿度、地面粗糙、植被层和大气层的各自影响。用DMSPSSM/I多时相 6年的数据给出中国主要陆地 19.35GHz通道的PI值月平均分布 ,表征土壤湿度的月变化 ,并获得中国主要陆地同季同月PI距平值ΔnPI的统计分布 ,展示了中国陆地土壤湿度变化的分布图 ,以及在干旱与水涝期间PI距平值的异常 ,用中国山西 2 0 0 1年 5月的干旱和中国长江中游 1998年 8月水涝作了个例证明。这一理论方法可同样推广到有较低频率 (如 10 .7GHz)的 2 0 0 2年 5月发射的AMSR E或中国风云系列卫星微波成像辐射计的通道 ,而获得土壤湿度分布更好的PI指数评估。在已知区域平均PI值与平均土壤湿度的条件下 ,可以定量反演该区域的土壤湿度 。

关于中国研究型大学在“中国国家科技发展战略规划”中地位的一些观点

在中国国家科技发展战略中,研究型大学是原始创新和自主创新的最主要力量,科学创新与发展需要有科学创新的原动力、良好的研究创新环境,和研究人才的涌现。研究型大学的现代化发展标志着中国现代化科学技术文化的发展。研究性大学要引领国家层面上的重大、重点科学技术研究方向,公平竞争、公平参与、公平评估。研究型大学应该预见到研究与发展全球化进程带来的挑战和机会,尽快地主动行动。研究型大学的教授应具有创新研究的素质:新思想(newidea)、主动(active)、敏感(sensitive)是科学研究的生命。要十分重视与发展大学的研究所和研究性公司,将各学科的交叉综合灌输到学科发展中去。

海杂波环境中运动目标电磁散射的数值模拟

提出用广义前后向迭代方法(GFBM)与谱加速算法(SAA)结合的数值方法,求解PM谱粗糙导体海面与船目标散射的电磁场积分方程,数值模拟海杂波中船目标双站与后向散射,给出观测条件变化时的海杂波与目标回波、及其与环境和目标各特征参数关系的模拟.提出有限元-区域分解法(FEM-DDM)的双级准静态方法,数值模拟风驱动态海面上低飞目标的Doppler(DP)频谱.分析了不同海况、有无舰船目标的情况下海面上低空飞行目标的时域回波、DP频谱及其与目标飞行高度、观测角等特征参数的关系.

随机线性调频步进雷达波形设计及成像算法研究

线性调频步进信号能在不增加系统瞬时带宽的情况下用数字信号处理的方法获得高的距离像分辨率,是一种高效的雷达信号形式。针对传统的线性调频步进信号抗干扰能力较差的问题,该文提出一种可以随机发射线性调频步进信号子脉冲的波形设计方法,结合压缩感知理论,运用较少的子脉冲实现了对运动目标1维距离像的重构和高分辨的2维成像。在此基础上,进一步分析了目标运动对随机线性调频步进信号雷达成像的影响,设计了包含测速脉冲的随机线性调频步进信号,并提出了基于时频分析、Radon变换和二值数学形态学相结合的运动速度估计及补偿方法。仿真实验验证了随机线性调频步进信号逆合成孔径雷达的性能及该文方法的有效性。

基于调频连续波信号的双基地ISAR成像研究

在将调频连续波(FMCW)信号应用于双基地ISAR的成像过程中,针对应用FMCW信号在回波信号中产生距离快时间和方位慢时间耦合项的问题,提出了应用离散多项式相位变换的方法进行组合参量估计,通过估计出的组合参量构造补偿函数对回波信号进行相位补偿,消除了一次耦合项产生的固定频偏和二次耦合项引起的主瓣展宽,对补偿后的回波信号应用距离多普勒算法可获得清晰的目标二维像,通过仿真表明:所述的补偿算法能有效改善应用FMCW信号而产生的目标像散焦现象,获得聚焦良好的点目标像。

三维介质粗糙面上导体目标散射的解析-数值混合算法

推导出二维介质粗糙面与其上三维导体目标复合散射的耦合积分方程,提出目标散射的数值矩量法(Method of Moment,MoM)与粗糙面散射的基尔霍夫解析近似法(Kirchhoff Approximation,KA)相结合的混合迭代算法。理论推导表明:当目标距离粗糙面的高度满足条件时,目标的离散单元在粗糙面上任意一点的散射场满足局部平面波关系,利用粗糙面局部面元的反射和透射关系,得出粗糙面感应场的KA解析计算式。由于粗糙表面的感应场用KA解析计算,只需对目标的感应电流进行一次数值积分,无需数值求解粗糙面的积分方程,节省大量的存储空间和运算时间,能在理论上十分简明、数值计算上十分有效地求解三维体目标与面目标组合的复合散射问题。讨论了目标与粗糙面相互作用的互耦迭代算法的有效性和收敛性。结合Monte-Carlo方法产生随机粗糙面样本,数值分析Gauss介质粗糙面上方的规则导体球或任意不规则六面体的散射,讨论了粗糙面的介电参数和目标几何形状等对双站散射的影响。

星载微波SSM/I多时相辐射观测的特征指数监测与评估2003年7月中国淮河流域汛情

由辐射传输方程推导星载被动微波遥感SSMI辐射观测的极化指数PI,凸现地表土壤湿度的变化与距平异常ΔnPI,用特征性指数PI、ΔnPI和散射指数SI来监测大尺度陆地地面的降雨和地区土壤湿度、洪涝汛情的变化.用中国淮河流域7年同月SSMI观测数据的平均<PI>,洪涝期间的PI,ΔnPI和SI监测该流域2003年7月的洪涝汛情.提出距平异常值指数K分布,定量评估了洪涝汛情的范围和程度.

随机粗糙面上目标散射差值计算的快速互耦迭代方法

用粗糙面上方有目标和无目标时空间散射场的差值计算的雷达散射截面,称为差场雷达散射截面.本文推导TE波入射下电场积分方程(EFIE),直接求解散射差场.本文提出目标与粗糙面之间的互耦迭代的计算方法,散射场纳入了目标与粗糙面之间复杂的相互作用,给出了迭代过程中纳入的粗糙面长度的选择.用Monte-Carlo方法,计算了P-M谱粗糙海面上方二维圆柱和方柱的散射,说明目标的几何结构对散射方向图的影响.

目标散射的去取向理论和应用(一)去取向理论

提出目标全极化散射的去取向分析理论,通过对目标散射矢量的变换将目标旋转到一个确定的取向,使得原本取向不同、但特征相同的目标能具有相同的散射信息,凸现目标本身特性。对于SAR图像的像素中随机分布目标的目标主散射矢量作去取向分析,凸现该像素中随机分布目标的平均特性。第一部分推导了目标散射矢量的去取向变换公式,并解析定义参数u,ν,ω,Ψ,由单个或随机分布非球形粒子的全极化散射数值分析了Ψ,u,ν及熵H的表征意义。在第二部分将用(u,ν,Ψ)-H设计地表无监督分类模型,先用u,ν,H将地表分类不同类别,再对每种类别由Ψ分析其取向情况。该分类方法应用于中国广东省惠阳地区的SIR-C数据及加拿大Bo-real地区的AirSAR数据,得到较好的地表分类结果,与传统的α-H方法对比,分类性能明显提高。

尺度分布的Getis统计对遥感图像特征参量空间自相关性的研究

分析了Getis统计中空间尺度设定对于标准Z值的影响,提出用变化的空间尺度设定来进行Getis空间相关性的计算,直观反映遥感特征参量的空间分布,并用被动微波遥感SSM/I(spec ial sensorm icrowave/imager)的辐射亮度温度数据进行了验证分析。进一步地,针对Getis标准Z值分布不能评估中值聚类的缺点,提出了多层尺度分布的Getis空间自相关性统计方法,用模拟的图像和主动微波遥感ERS-2 SAR(European Remote Sensing-2 Synthetic ApertureRadar)数据进行了验证分析,结果证明多层尺度分布的Getis能够比较全面地反映地表特征参量分布的空间信息。

强背景杂波下的地面运动目标干涉式三维成像

基于逆合成孔径雷达(ISAR)成像与干涉式测角原理的结合,该文提出一种地面运动目标的干涉式雷达三维成像方法。利用获得的角运动参数对回波信号在原始数据域进行补偿,完成对应干涉天线上的复图像对准。按照目标散射中心点的空间位置,重构运动目标的三维图像。该文提出的基于线性调频信号拉伸处理的杂波剔除方法,在用干涉技术进行三维成像之前剔除强背景杂波,方法简单易于工程实现。仿真结果证明了该方法的有效性。

三维粗糙面电磁双站散射的直接型区域分解计算

提出三维粗糙面双站电磁散射的直接型有限元-区域分解方法.首先建立含有迭代Robin边界条件(IRBC)的区域分解法耦合模型,再用内视法导出高度稀疏分块的分区耦合矩阵,之后给出缩减耦合矩阵带宽的子区域排序方法和IRBC的FFT加速算法.用有限元-完全匹配层和未分区的有限元-IRBC方法验证数值结果.

目标散射的去取向理论和应用(二)地表分类应用

由第一部分阐明的目标全极化散射的去取向理论方法,通过对目标散射矢量的变换,分析参数Ψ,u,ν及熵H对全极化SAR遥感地表目标的表征意义。在第二部分用矢量辐射传输(VRT)植被模型模拟分析了各个参数在地表分类中的作用,其中H指示了地表覆盖层的复杂程度,ν指示了不同的散射机制,u指示了不同目标的特性,Ψ则指示了目标的取向状态。用(u,ν,Ψ)-H设计地表无监督分类模型,先用u,ν,H将地表分类不同类别,再对每种类别由Ψ分析其取向情况。该分类方法应用于中国广东省惠阳地区的SIR-C数据及加拿大Boreal地区的AirSAR数据,得到较好的地表分类结果,与传统的α-H方法对比,分类性能明显提高。

强地杂波背景下线性调频信号雷达微多普勒提取新方法

在线性调频信号体制下,针对强地杂波背景下含旋转部件目标ISAR成像问题,提出一种微多普勒信息提取新方法。首先在信号域使用相消技术剔除地杂波,拉伸处理后将相消原理应用于谱图域,从而有效实现了微多普勒信息的分离与提取,并得到了目标较为清晰的ISAR像,通过对3种地物杂波的仿真,验证了其可行性。

直达波和杂波干扰下目标阴影逆合成孔径成像

对直达波和杂波条件下的阴影逆合成孔径雷达(SISAR)目标成像问题进行了研究。分析了直达波和杂波对侧影像畸变和运动补偿的影响,提出了一种新的直达波和杂波干扰下目标SI-SAR成像方法,即将回波信号与参考信号进行模拟对消,并利用目标回波的频谱特性剔除残留直达波,再对目标运动参数进行粗估计,采用粗搜索和精搜索2步实施准确的运动补偿,最终获得失真度较小的目标侧影像。仿真实验验证了算法的有效性。

三维粗糙面散射中IRBC的FFT加速计算

对于粗糙表面等以平面结构为主体的散射问题,迭代Robin边界条件(IRBC)残值计算最耗时的部分是结构上方大范围的平面虚拟边界.为减少运算量,加快计算速度,将IRBC的积分方程转化为二维卷积形式,导出快速傅里叶变换加速计算的公式.通过有限元法数值模拟三维随机粗糙表面的电磁散射,验证了方法的精度与效率.

星载全极化SAR观测P波段Faraday旋转效应分析与消除

地面植被下层与次地表层的星载微波遥感要求低频波段(如P波段)的合成孔径雷达(SAR)探测,但低频P波段将受到电离层Faraday旋转(FR,Faraday rotation)效应的显著影响.文中分析FR后的P波段全极化测量不可以直接用于地表分类,但证明了由FR后的全极化测量推导无FR的全极化数据时存在的±π/2模糊误差并不影响地表分类参数u,v,H,α的计算,因此可以从全极化测量经无FR效应转换后形成的u,v,H,α进行地表分类;进一步地,根据FR角度随地理位置的变化不会突变,提出一种可消除±π/2模糊误差的方法,而完成FR后全极化测量反演无FR的全极化数据.

弹道目标平动补偿与微多普勒特征提取方法

针对传统逆合成孔径雷达(ISAR)成像中的平动补偿方法并不适用于弹道目标平动补偿的问题,该文提出了一种弹道目标平动补偿与微多普勒(m-D)特征提取方法。在分析有翼弹道目标未完成平动补偿时的m-D效应的基础上,首先采用形态学中的骨架提取方法抑制1维距离像旁瓣,再在快时间频率(距离)-慢时间平面上搜索分离各散射点的m-D特征曲线,然后对其进行经验模式分解(EMD)分解,利用分解结果中的趋势项分量完成目标回波的平动补偿,并通过分析EMD分解结果获得了目标的自旋频率、锥旋频率等特征信息。仿真实验验证了所提方法的有效性与鲁棒性。

OFD-LFM MIMO雷达中旋转目标微多普勒效应分析及三维微动特征提取

该文将微多普勒效应引入到多输入多输出(MIMO)雷达技术研究,以旋转运动目标为例,分析了雷达辐射正交频分线性调频信号(OFD-LFM)时目标的微多普勒效应,给出了其参数化表达。在此基础上,进一步将微多普勒理论从目前的雷达视线方向上的微动分量提取扩展到微动部件3维运动和结构特征提取,利用MIMO雷达的多视角特性,提出了构建多元非线性方程组求解旋转部件的3维运动参数的算法,实现了目标3维微动特征的提取。仿真实验验证了算法的有效性和鲁棒性。

线性调频步进信号雷达微多普勒效应分析及目标特征提取

研究了线性调频步进信号体制下雷达目标的微多普勒效应,分析了距离像走动和卷绕现象,并重点讨论了旋转和振动形式的微动引起的微多普勒效应,推导出了其在距离-慢时间平面的解析表达式.在此基础上,提出利用推广的Hough变换法并结合时频分析来提取微多普勒特征的方法,并详细论述了不同旋转(振动)频率和半径(振幅)情况下的处理算法.仿真实验验证了文中微多普勒效应理论分析和特征提取方法的正确性.