目标大气扰动检测中的图像处理方法综述

世界各国目标信息获取与应用需求日益迫切,各国纷纷着力开展新型的目标信息获取技术研究,针对各类目标,尤其是对空中目标进行高效信息获取。在现今的信息化社会中,新型信息获取技术意义重大,可以促进社会发展、提升人民生活水平,同时在完善国防体系,保障国民安全方面也作用显著。因此,对新型目标信息获取技术的研究十分必要。基于大气扰动的目标探测技术作为一种新型的信息获取技术体制,利用目标飞行时形成的大气扰动进行目标探测具有不受目标自身性能影响的显著优势,应用潜力巨大。此篇综述基于大气扰动的目标探测技术,对目标大气扰动检测中图像处理方法进行研究,主要分为互相关方法、光流方法、帧间差分法、背景减除法四个方面,阐述其国内外研究进展,分析其技术优劣势及发展技术途径,最后对四种方法以及目标大气扰动图像处理方法未来的发展方向进行展望与总结。

大气扰动分解技术在副高边缘大暴雨落区精细化分析中的应用

利用欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)再分析资料,基于大气扰动分解技术,对2012年7月华北东部两次副高边缘大暴雨事件进行扰动分析。结果表明:边界层及对流层低层扰动辐合中心与副高边缘大暴雨中心有较好地对应关系;扰动锋区和扰动比湿大值区(4 g·kg^(-1))叠加的区域与大暴雨落区相对应,与切变线类暴雨不同,副高边缘暴雨中心并不是出现在冷暖空气対峙扰动(0℃线)的位置,而是发生在扰动锋区内的暖区一侧(扰动温度0℃以南);两次过程均存在自南向北的水汽通道,且水汽在输送过程中不断得到抬升,大暴雨落区对应的扰动水汽通量散度中心分别达到-6.8×10^(-8) g·cm^(-2)·hPa^(-1)·s^(-1)和^(-1)1.9×10^(-8) g·cm^(-2)·hPa^(-1)·s^(-1),为大暴雨的形成提供了较好地水汽条件。

临近空间大气扰动变化特性的定量研究

本文利用TIMED/SABER 2002年1月至2013年1月共11年的卫星温度探测数据,通过全球网格化及在网格内作数学统计的方法,得到了20～100km高度上全球网格点上温度的平均值和标准差,实现了对临近空间全球大气扰动进行定量刻画的目的.通过定量分析温度标准差的分布特性,文中得到了临近空间大气扰动的全球分布规律,并讨论了与这些分布规律相关的物理过程.结果表明,在20～70km高度上,温度标准差为1～10K,有显著的冬季/夏季的差异,冬季的温度标准差比夏季大;大气重力波扰动是最主要来源,同时大气传播性行星波引起的扰动也是来源之一.在70～100km高度上,温度标准差常年较强,量值为10～30K,冬季/夏季的差异小,低纬地区的温度标准差高于中高纬度地区,呈现许多局地化的小结构.大气重力波是引起该区域大气总扰动量的主要扰动来源,大气潮汐波、传播性行星波（准2天、准6.5天）也有重要贡献.

江淮流域夏季旱涝与不同时间尺度大气扰动的关系

从不同时间尺度大气环流异常角度研究了江淮流域的汛期多雨和少雨情况，结果表明准定常行星波的异常对江淮流域旱涝有较为明显的影响；大气低频系统（准双周和季节内振荡）也有相当重要的作用，且以对流层高层（２００ｈＰａ）的准双周振荡和对流层低层（８５０ｈＰａ）的季节内振荡的影响更为清楚；天气尺度扰动对汛期降水量异常的影响相对较小。低层准定常西南气流的强度与位置对旱涝的影响很大，若准定常西南气流强且偏向大陆，易造成江淮流域偏涝；若准定常西南气流弱或偏向大陆以东的洋面上，则江淮流域易旱。

外热带大气扰动对ENSO的影响

合成分析了20世纪80年代以来5次主要的ENSO事件,发现外热带大气扰动通过经向风异常不仅对ENSO的发生起到重要的触发作用,而且影响到ENSO的发展和衰减.因此,尽管ENSO对外热带大气扰动有影响,但同时外热带大气扰动又与ENSO有相互作用.在ENSO发生前,南印度洋中纬度为反气旋异常,并通过Rossby波的频散作用加强了澳大利亚附近的反气旋异常;同时,澳大利亚东部沿海的南风异常与菲律宾附近的北风异常在赤道辐合,促进了赤道西太平洋西风异常的爆发和其后ENSO的发生.在ENSO发生之后,东南太平洋上的气旋异常及相关的南风异常进一步增强了赤道中东太平洋的西风异常和ENSO的发展.当ENSO达到成熟时,澳大利亚东部的反气旋异常东移,使东南太平洋的气旋异常减弱,南方涛动型环流异常亦随之减弱;同时,阿留申气旋异常加强,尤其是副热带北太平洋的风场异常可加强赤道中东太平洋海水的涌升,使该地区海表温度降低,加速ENSO的消亡.

大气扰动对深空通信天线组阵性能的影响

利用单站GNSS精密单点定位原理(Precise Point Positioning,PPP)解算天顶方向的对流层大气天顶延迟,并对其一天内的变化进行统计平均,结合经典的Kolmogorov-Obukhov"2/3"扰动理论和随机场理论,基于对流层天顶延迟与大气折射率的时变相关性获得大气结构常数C_n,并分析了不同大气扰动强度下的二元天线阵大气相位误差.通过计算我国北京、上海、昆明、乌鲁木齐四个甚长基线干涉测量(Very Long Baseline Interferometry,VLBI)深空站处不同时间的C^2_n,评估各站点大气环境的扰动特性对X/Ka频段天线阵系统工作性能的影响,统计结果表明:除了北京、乌鲁木齐站在1月份的相位误差相对较小外,各站其他时间在Ka频段的相位误差大多数达到25°以上,北京的7月和上海的4月甚至高达50°以上,会严重降低天线阵信噪比合成性能,影响地面站与深空探测器之间的大容量通信.

固定点法GBSAR大气扰动误差改正方法研究

大气扰动是影响GBSAR观测精度的主要因素,基于固定点法的误差改正研究具有实际意义。本文基于GBSAR的IBIS-L系统获取监测区域实时位移信息,利用不同分布的固定点对位移进行了改正,得到目标点实际位移量。将改正后位移量与传统正垂线数据进行了对比分析。试验结果表明,固定点法可剔除大部分大气扰动影响,改正效果显著,且不同点位的固定点改正效果存在差异。

基于气象数据的地基雷达大气扰动校正方法研究

大气扰动是影响地基雷达(Ground-based SAR,GBSAR)系统监测精度的主要因素,文中研究大气扰动对GBSAR相位的影响及相应的补偿方法。实验以自制的角反射器作为监测目标,利用气象数据补偿法改正角反射器相位,用观测区域的温度、气压和湿度建立大气折射模型,估算出大气折射率的变化来校正大气扰动误差。结果表明,文中方法能有效地剔除大气扰动相位,达到改善监测精度的效果。

基于二次曲面拟合的GBSAR大气扰动误差模型研究

大气扰动误差是地基合成孔径雷达(GBSAR)观测的主要误差之一,它与大气环境的变化密切相关,受大气扰动干挠影响随时间和空间的变化而发生改变。通过分析大气扰动误差在时间和空间上的变化特性,采用二次曲面函数建立大气扰动的分布模型,利用多个固定点解算模型参数,进而估算整个测区任意位置的大气扰动误差。试验结果表明,该方法有效改正了大气扰动误差,提高了GBSAR观测结果的精度。

非定常大气扰动下的MAV自主飞行智能控制研究

针对在非定常大气扰动作用下,微型飞行器MAV姿态稳定控制与导航都不同于常规的问题。研究了MAV飞行中大气扰动类型特征,建立了完整的非定常大气扰动工程化模型体系。在此基础上,提出了一种融合专家技术与模糊技术的MAV自主飞行智能控制,并建立了一个Lyapunov能量函数来分析MAV自主飞行系统稳定性。飞行仿真与试飞结果表明,MAV自主飞行系统在全局范围内具有渐进稳定性。

复杂大气扰动下大型飞机飞行动力学建模研究

大型飞机的机体尺度与中小规模的风场尺度接近,为进行高逼真度的飞行仿真,需要建立含扰动风参数影响的动力学模型。推导了含三维扰动风参数的六自由度动力学方程,给出了扰动风参数的计算方法。基于B747-100飞机建模数据,结合四点模型,给出了扰动风场中气动模型修正的一般方法。改进Newton-Raphson算法,对动力学模型进行了无风状态下的配平,并结合典型飞行状态进行了模型初步验证。分别基于质点模型和四点模型,给出了B747飞机穿越三维大气紊流场的数值仿真实例。结果表明,应用四点模型的仿真结果更能表现出大型飞机对大气紊流响应的随机特性。建立的含扰动风影响的动力学模型以及改进的配平算法可用于飞行模拟器的飞行实时仿真。

大气扰动能量的转换、传播与非地转特征

本文利用1981—1982年冬季ECMWF格点资料对大气运动的非地转特点进行了系统的研究。指出:大气低频变化过程中的超、次地转运动与大气波动亦有一定的对应规律;北半球冬季的动能变化方向有显著的海陆差异。发现地转偏差(?)有特定的空间分布,并非出高纬向低纬逐步增加,而是在30N附近及亦道地区各存在一个大值带;在大值带中存在着(?)的大值中心。它对大气扰动(不小于低频时间尺度)的产生、维持和能量的变化相传播具有重要意义。

1966—1976年间云南11次M_s≥6级地震的临震大气扰动

地球上的多震区,一般都是地壳构造运动活跃区,在这里,外因基于地内的潜在不稳定性,常常产生明显的调制效应。

用简单海气耦合模式研究西太平洋暖池的形成机制及其对大气扰动的影响——Ⅱ.西太平洋暖池的形成过程及其对大气扰动的影响的数值模拟(英文)

用第一部分建立的简单海气耦合模式，研究了西太平洋暖池的形成过程及其对大气扰动的影响。模式可以较好地模拟出热带太平洋海温“西高东低”的分布，以及“暖池”附近ＳＳＴ的水平梯度较小等特征。在垂直方向上海洋混合层深度关于赤道呈准对称的“马鞍”型分布特征也可以从理论上和数值模拟的结果中得到证实。模式中“暖池”形成的时间尺度大约为半年多，大气中凝结潜热的释放有利于“暖池”的快速形成，提高凝结潜热的释放的效率，“暖池”形成的时间就缩短。“暖池”形成的动力学机制是海气耦合系统中海洋Ｒｏｓｓｂｙ波振幅的不稳定增长所致。“暖池”区海气之间的耦合作用确实对热带大气的季节内振荡产生影响。当海气之间进行耦合作用时，可以模拟得到扰动传播的周期大约为５０多天（ｄ），与实际观测相吻合。提高海气之间的耦合强度会降低扰动的传播速度，使传播周期明显加大。当不考虑海气之间的耦合作用时，模拟得到的扰动传播周期明显地比用耦合模式得到的要小。

用简单海气耦合模式研究西太平洋暖池的形成机制及其对大气扰动的影响——Ⅰ.简单海气耦合模式的建立(英文)

试图建立一个简单海气耦合模式，其中大气垂直分为两层，为－β平面近似线性模式。在非绝热加热项中包含了对流凝结潜热与大尺度流场之间相互作用的ＣＩＳＫ机制以及蒸发、感热与扰动风场之间的反馈机制，并考虑了东风区与西风区的不同。由于只研究大气的平均纬向运动，故模式大气中仅含有Ｋｅｌｖｉｎ波。海洋模式为一约化重力模式，只保留了Ｒｏｓｓｂｙ波。对这一海气耦合模式进行特征波动分析，发现考虑海气耦合效应并不影响大气波动的性质，在东风区大气Ｋｅｌｖｉｎ波仍然增幅和东传；在西风区大气Ｋｅｌｖｉｎ波振幅衰减。但海气耦合效应却使得大气Ｋｅｌｖｉｎ波的传播速度减慢，周期增大。当考虑海气耦合效应时，海洋Ｒｏｓｓｂｙ波的稳定性质发生变化，由原来的中性波动变为非中性波动。在西风区，波数小于某临界波数的长Ｒｏｓｓｂｙ波振幅增大，而短的Ｒｏｓｓｂｙ波振幅衰减。在东风区结论相反。对海气耦合模式中波动的分析，为数值模拟西太平洋暖池的形成及其对大气扰动的影响建立了理论基础。

飞机对大气扰动的变结构控制

研究了飞机对大气扰动的变结构控制系统滑动超平面特征空间结构设计方法，针对不同的大气扰动特性（随机紊流、离散突风和风切变等），提出了具有鲁棒特性的变结构控制律。

大气扰动下人－机系统建模与仿真

建立了人、机、大气环境扰动的动力学模型。形成一个便于仿真计算的人－机－环境系统模型，针对驾驶员完成俯仰跟踪任务，研究了大气扰动对驾驶员控制特性和人－机闭环特性的影响。

大气扰动建模及在民机工程应用中的研究

大气扰动是影响飞机飞行安全的重要因素。对民用飞机研制试验所需的及相关适航文件中规定的大气扰动进行了建模分析,包括环球风、风切变、大气紊流等。介绍了大气扰动模型在实时仿真系统中的实现及仿真,该研究是民用飞机飞行品质评估、FHA试验及大气扰动相关的适航验证试验的重要支撑。

大气扰动下无人机纵向控制律设计研究

针对飞行控制系统设计中的大气扰动抑制问题进行了研究;讨论了Dryden紊流频域模型及时域对应的成形滤波器,建立了大气扰动下飞机纵向运动的小扰动方程;基于H∞控制理论,应用线性矩阵不等式(LMI)方法设计了鲁棒飞行控制系统;以某无人机纵向通道为例,选取全飞行包线内多个特征状态点,对设计的控制器进行仿真实验;仿真结果表明,所设计的控制器具有满意的干扰抑制能力和良好的鲁棒性及动态品质。

基于GCP方法的地基In SAR大气扰动误差改正分析

大气扰动误差作为地基InSAR测量中的一个重要误差源,其引起的干扰不可忽视。本文以滑坡监测区域为研究对象,基于IBIS-L系统获取到的监测区数据,根据热信噪比、估计信噪比、空间相关系数和相位稳定性等特性,选取监测区域内稳定的GCP对观测目标中的大气扰动误差进行改正。实验结果表明,GCP方法能有效削弱地基In SAR测量中的大气扰动影响,提高观测的精度。