Computations on the Earth Terrain Return of Pulse Doppler Radar Altimeter

Concerning the PDRA (pulse doppler radar altimeter) designing and evaluation, owing to that the specifications of PDRA should be adaptively fixed according to the ETR (earth terrain return), and that in certain stages of product evaluation of PDRA which means the designations of PDRA are successful or not, the usage of ETR are indispensable, so the terrain return from spherical earth is critically important. A complete analytic derivation of the antenna shot section model of PDRA and the bright section model constrained by pulse emitted from antenna are given. Furthermore, the doppler effect mode and the earth terrain RCF (radar crossing factor) model are constructively analyzed. Then, the computing methodology on PDRA, which are used to compute the scattering power, scattering doppler spectrum, and the scattering signal, is studied. Besides, in order to check the correctness and efficiency of the algorithm, computing examples of ETR (earth terrain return) under the supposing premises are furnished. Finally, the conclusion is drawn that the models and algorithm are rational, the computational precise is satisfactory, the cost of computing time is low.

垂直入射区雷达地面散射系数测量与特性研究

为研究垂直入射区大地回波的散射机理,用S和8 mm波段线性调频连续波雷达散射计测量了垂直入射时农田和沙地的散射系数,建立了与雷达工作频率、高度、天线方向图、波束入射角、地面粗糙度和介电常数等相关的垂直入射区地面回波数据库,给出了回波数据处理方法,推导了粗糙地面散射系数理论模型,并对实验数据进行了拟合。实验结果表明,测量的垂直入射地面散射系数与所给模型吻合,沙地散射系数比农田强2～3 dB,8 mm散射系数平均比S波段强18～20 dB。

激光测高仪的回波信号理论模型

利用菲涅尔衍射理论推导出高斯型激光脉冲的回波计算方法,建立了斜坡、阶梯和植被三种标准漫反射地物的回波模型,以GLAS(Geoscience Laser Altimeter System)系统为例,通过数值计算得到了标准漫反射地物的回波信号波形,分析了回波波形与三种地物模型参数、光束扫描角之间的关系。仿真计算结果表明:斜坡回波信号波形近似为单个高斯波形,其峰值和脉宽与斜坡倾角、光束扫描角有关;阶梯回波信号波形近似为多个高斯波形,其峰值与光斑内阶梯分布有关;波形的中心位置差与阶梯高度和光束扫描角有关;植被回波信号波形呈现出多个类高斯型,其峰值不仅与植被的位置有关,还与植被的面积有关。这些结论为地形地貌的反演及地表资源分布的分析提供了理论基础。

星载多回波LiDAR数据提取地形参数算法应用研究

通过分析星载激光雷达多回波数据获取机理,探索细微地形与对应的激光回波波形的关系模型,进而研究地形坡度、粗糙度等地形参数的快速提取算法。利用星载激光雷达GLAS的连续回波数据通过野外试验验证这些算法的正确性。

地形地物对星载激光测高仪回波信号的影响

地形地物的回波信号特性影响着星载激光测高仪测量精度。对星载激光测高仪回波脉冲信号进行了理论分析,建立了地形地物数学物理模型,对不同地形地物的回波信号进行了数值模拟研究;在采用不同回波信号检测的情况下,分析了不同地形地物造成回波信号的变化所引起的测量误差。研究结果对保证星载激光测高仪测量精度具有重要的意义。

土壤湿度对不规则起伏地表雷电垂直电场传播影响的研究

本文采用二维fractional Brown motion(f Bm)随机分形界面模拟不规则起伏地表,基于Longmire-Scott提出的土壤电参数等效模型(L-S模型),分析研究不规则起伏地表的土壤湿度对地闪回击垂直电场传播的影响。结果表明:(1)地表的不规则起伏程度主要会引起垂直电场峰值的衰减和上升沿时间的滞后。随着地表不规则起伏程度的增大,垂直电场峰值衰减越明显,且波形上升沿时间增长。(2)无论地表不规则程度如何,随着土壤湿度的增大,垂直电场的衰减反而减小。(3)总的来说,地表的不规则程度越大,土壤湿度越小,垂直电场的峰值衰减越大,波头上升沿时间越长。

贵州高原北侧锢囚锋上一次低涡形成过程

利用常规观测资料、地面加密自动站降水资料、多普勒天气雷达资料以及NCEP1°×1°再分析资料对2017年5月22—25日一次偏北路径冷空气影响下贵州高原北侧低涡的形成机制进行探讨。结果表明:(1)地形导致冷空气回流形成地形锢囚,锢囚锋上有低涡产生,位于地面至850 h Pa的大气低层,属于暖性浅薄中-β尺度系统;(2)低涡维持2 d,降水产生在低涡中心附近,雨强不大;(3)中高层波动强迫低层涡度发展而使低涡维持;当中高层转为西北气流时,涡度发展受抑制且冷空气侵入低涡而使其减弱消亡;(4)低涡形成过程可分为地形回流、锢囚发展和减弱消亡3个阶段,与西南低涡及锋面气旋在形成机制、降水落区和强度等方面存在明显差异。

基于GIS技术的大连金普新区退耕还林研究

以大连金普新区为研究对象,运用Arc GIS和Map Info等软件,从坡度、高程、地块开发区位、地块保护区位和地块破碎度等5个方面对金普新区进行退耕还林研究。依据国家相关规定并结合大连金普新区的实际情况,制定退耕还林指标的阈值范围,提取金普新区范围内的退耕还林地块,一共需要退耕的耕地块数是8 233块,退耕面积10 841.61 hm2,退耕率15.76%。将退耕还林的地块落实到金普新区31个街道中,提出退耕还林的次序是独立的、破碎的、距离城市近的地块优先退耕。

基于嫦娥五号探测器立体监视相机图像的高精度地形重建试验研究

为嫦娥五号探测器表取采样封装任务提供地形信息,本文提出了基于立体监视相机图像的高精度地形重建方法.首先阐述了基于立体监视相机图像的高精度地形重建流程,然后分析了重建点云精度的影响因素.将实验场内位于机械臂根部坐标系下的实测点云作为基准,并假设图像重建点云与实测点云仅存在缩放、平移和旋转的固定转换关系,创新性地提出了粗配准与精配准相结合的点云几何配准方法,以实现图像地形重建精度的进一步提高.最后,通过我国嫦娥五号探测器的表取采样封装试验,验证了上述假设的合理性,本文提出的方法具有较高的点云重建精度(图像重建点云与实测点云的平均距离小于6.0 mm;方差数值低于13.0 mm)和应用稳定性,降低了地形重建环节中各种因素对点云的综合影响程度,将进一步运用在嫦娥五号探测器在轨采样封装任务中.

内蒙古自治区真实地形和地球曲率对闪电定位影响

利用二维球坐标时域有限差分算法FDTD (Finite Difference Time Domain),首先研究了内蒙古自治区真实地形和地球曲率对地闪回击电磁场传播的影响,然后结合真实地形和地球曲率情况下波形结果,进一步分析了测站数量和布局及脉冲到达时间定义方法对定位精度的影响。结果显示:1)各站本身,相对不考虑曲率的光滑地面情况,真实地形和地球曲率都会引起波形峰值时间额外延迟,范围各自为2.91μs至4.50μs和0.08μs至0.92μs,且地球曲率的影响随电磁场传播距离增大而增大;2)由于地形的反射作用,各站本身考虑真实地形情况得到的磁场脉冲强度大于光滑地面情况,增大范围从24.95%至42.98%;3)使用11个站数据定位时,用10%峰值到达法定位时精度最好,误差仅42.1 m。在到达时间定义方法相同时,随着测站数量减少,实现合理定位精度越依靠定位时选取的测站布局。