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。

地表土壤水分与雷达后向散射系数及入射角之间关系研究

应用雷达技术反演土壤水分较著名的经验模型有Oh模型[1]、Dubois模型[2]以及Shi模型[3]。本文在Shi模型的基础上,对土壤水分与雷达后向散射系数之间的关系进行探讨,反演出土壤水分与雷达后向散射系数及入射角之间的关系。

基于三波长激光雷达对强卷云后向散射系数波长关系研究

针对高层强卷云(532nm波长上衰减的后向散射系数比大于20)在全球中出现的概率高达30%,影响地球-大气系统的辐射收支平衡问题.提出了一种用衰减的后向散射系数颜色比估算后向散射系数颜色比的反演方法,并分析了其误差大小.基于10个月在合肥西郊上空3波长(1 064,532和355nm)激光雷达探测到的强卷云数据,得到强卷云的3个后向散射系数颜色比统计分布规律,以及后向散射系数波长指数.计算结果表明:强卷云的后向散射系数波长指数不再是一个固定不变的常数,而是与波长有关的变量.

雷达大地回波反射和散射系数的测量

介绍了雷达大地回波特性的一种测量方法 ,包括测量系统框图和基于回波波形的数据处理方法。利用该方法得出了一种地面的反射系数和散射系数 。

T/P雷达高度计后向散射系数陆地表面观测应用

利用13年T/P雷达高度计观测的后向散射信息,获取了格陵兰冰盖、亚马逊河及刚果热带雨林地区、塔克拉玛干沙荒漠、非洲利比亚Ubari-Murzuq沙海地区、俄罗斯西伯利亚草原及北美北达科他州温带草原地区的地表后向散射时间序列。根据Ku波段和C波段观测信息,探讨雷达高度计后向散射与地表覆盖物及气候环境变化的关系。

AML-2车载激光雷达测量臭氧的大气后向散射系数项修正方法研究

对于准同时发射两个波长激光的差分激光雷达,在测量时间内,大气波动对两个波长的激光回波信号的影响可能是不相同的。已有的大气修正方法是基于两个波长激光回波信号受到相同大气波动的基础之上,不适用于这种准同时的工作方式。提出了一种新的大气后向散射系数项修正方法,即利用Klett积分法,分别算出差分吸收激光雷达中两个波长激光的大气后向散射系数,得出大气后向散射系数修正项。这种方法应用于AML-2车载激光雷达测量臭氧的数据处理中,比对实验和大量的外场测量结果表明,这种修正方法是可行的、合理的。

拉曼-米激光雷达污染环境下气溶胶散射系数反演

提出一种针对雾霾等大气污染环境下近地面区域气溶胶后向散射系数的修正反演方法.针对大气污染环境下近地面气溶胶含量激增导致弹性信号强度超过激光雷达抑制比而引发弹性信号泄漏,进而造成转动拉曼信号发生畸变,提出一种拉曼回波信号修正方法;同时考虑了大气温度对大气分子散射应用于气溶胶反演的影响.实验表明,相比经典Raman-Mie气溶胶反演方法,修正算法反演近地面稳定气溶胶层内气溶胶后向散射系数精度可提高约20%,有助于改善拉曼米雷达在污染环境下的总体探测性能.

基于粗糙海面高度频谱函数的雷达后向散射系数计算

海面雷达后向散射系数是主动微波遥感定量化研究海洋的基础。基于各种海浪谱模式的后向散射系数计算可比性差。鉴于风成粗糙海面的波面斜率呈非Guassian分布的特点 ,本文给出依据自由海面的二维高度谱计算海面的雷达后向散射系数 ,并与实际SIR C/X

一种复杂地物目标近垂直后向散射系数反演方法

复杂地物目标的近垂直后向散射特征是影响雷达高度表回波波形的重要因素之一。对近垂直后向散射系数的获取主要采用基于参数模型的实测数据拟合方法,但一般只适用于地势平坦且介质相对单一的地海面目标。本文基于机载雷达高度表,针对复杂地物目标的距离-多普勒图像仿真实验数据和实测数据,利用距离-多普勒域和地球空间域的映射关系,提出一种后向散射系数的反演算法,并对得到的后向散射系数进行定量分析。实验验证了提出的反演算法具有一定的适用性和参考性。

一维线性海面弱流场对雷达后向散射系数的影响

基于谱扰动理论,分析了一维线性海面弱流场与微尺度表面波之间的相互作用及由此产生的海浪谱扰动。根据布拉格散射模型讨论了谱扰动对雷达后向散射系数的影响,并进行了数值模拟。针对辐聚、辐散流分别给出了不同流速梯度和不同雷达波长情况下雷达散射系数的影响。从而定量地描述了海面弱流场对雷达后向散射系数的影响。

侧向散射激光雷达反演气溶胶后向散射系数误差分析

气溶胶的光学特性是大气探测的一个重要部分,侧向散射激光雷达很适合于探测近地面大气气溶胶光学特性。在侧向散射激光雷达的反演公式中,气溶胶后向散射系数对各直接测量量偏导数的解析表达式是求不出的,传统的误差传递公式难以发挥作用。而直接误差传递的方法,适应于这种情况。用直接误差传递方法估算参考点气溶胶后向散射系数、大气后向散射系数、气溶胶消光后向散射系数比、测量信号、大气分子和气溶胶比相函数分别独立变化时引起后向散射系数误差的大小及总误差的大小。

未充分生成海的海面模型及其雷达散射系数

描述了一种新的海面统计模型———非稳态的未充分生成海谱 .在相似条件下分析了未充分生成海谱与充分生成海谱的异同 .利用双尺度方法比较了两种状态下海面的电磁散射 ,并讨论了特征斜率、峰值波数对海面雷达散射系数的影响 .

改进转动拉曼-米散射法反演气溶胶后向散射系数

概述转动拉曼-米激光雷达系统通过同步接收米散射和转动拉曼散射信号,满足了温度和气溶胶一并探测的需求。常用的米散射反演方法依赖于假设条件并受到几何因子的影响,而结合转动拉曼信号和米信号反演气溶胶后向散射系数不受这些因素影响,具有较高的反演精度。Kim和Cha提出的拉曼-米反演方法中认为纯转动拉曼散射后向散射截面为常数,忽略了温度的高度变化,但转动拉曼-米激光雷达系统实际接收的拉曼光谱分布是依赖于温度变化的,此外气溶胶反演计算中需要已知大气分子后向散射系数,目前通用方法为套用标准大气模型,但由于分子的热运动和温度的变化,利用大气模型不能反映真实大气中分子的分布特征,从而会对气溶胶的反演带来误差。

全球地表雷达后向散射系数的特性分析及其对星载降水测量雷达系统设计的影响

全球地表雷达后向散射系数(NRCS)的统计特性分析是开展星载降水测量雷达(SPR)系统论证的基础,但大范围、长时间地表NRCS的测量难度大、费用高,目前,我国Ku频段小入射角大范围地表NRCS的测量、统计特性研究几乎还处于空白状态。该文提出利用热带降水测量计划(TRMM)卫星2011年度观测数据对全球地表NRCS进行了统计特性分析,得到了NRCS的均值、均方差等统计量与入射角的关系。在此基础上,分析了其对星载降水测量雷达的系统动态范围、天线旁瓣、脉冲压缩旁瓣、雷达定标等方面系统设计的影响,为我国星载降水测量雷达的系统指标论证和定标方法的优化选择提供了依据。

用后向散射系数计算颗粒物质量浓度的方法研究

从理论上分析气溶胶后向散射系数和质量浓度之间的关系,利用米散射激光雷达和颗粒物质量监测器振荡天平(tapered element oscillating microbalance,TEOM)分别测量了合肥市郊近地面大气气溶胶的后向散射系数和PM10的质量浓度。在分析其相关性的基础上,利用非线性最小二乘法拟合的方法建立了利用后向散射系数获取颗粒物质量浓度的经验公式,并对利用公式反演的结果进行了实验验证。同时还分析了合肥市郊春季气溶胶的日变化特征,以期对合肥市大气污染总量控制方案及对策提供科学依据。

基于自注意力和门控循环神经网络的雷达回波外推算法研究

为提升现有神经网络对雷达回波序列的时、空特征提取能力,建立外推性能更优的时、空序列预测模型,开展雷达回波外推算法改进研究。基于深圳市气象局与中国香港天文台共同建立的雷达回波数据集,在数据处理层面,通过改进对雷达回波图像序列归一化的方法,提升了常用的5种时、空序列预测模型对强回波的预测水平;在模型算法层面,将两个联立的自注意力结构引入ST-LSTM结构,组成新的循环门控单元,并将这些循环门控单元进行堆叠,建立ST-SARNN模型。选用CSI和POD作为精度评价指标,进行模型对比分析得到:(1)改进的归一化方法提升了近几年内常用的5种时、空序列预测模型对强回波的预测水平。(2)加入自注意力的ST-SARNN模型对雷达回波的预测性能显著优于ConvLSTM、PredRNN和MIM等模型。改进的归一化方法能改变样本数据分布,并在一定程度上提升模型外推性能;自注意力结构能够有效挖掘雷达回波序列的时、空特征,进而改进神经网络的外推表现。

基于散射系数Rayleigh模型的校正因子估计

合成孔径雷达(SAR)图像的校正因子一般通过雷达系统参数的估计而获得。基于散射系数的Rayleigh模型,提出一种估计校正因子的简单而有效的方法。分别对线性形式的校正方程取均值和方差,并使用Rayleigh模型描述散射系数,针对线性检波器和平方率检波器,获得校正因子估计的解析表达式。Monte Carlo仿真表明基于散射系数Rayleigh模型的校正因子估计具有较高的估计精度。

CALIOP反演海洋颗粒物后向散射系数方法概述

颗粒物后向散射系数(particulate backscattering coefficient,bbp)是海洋光学应用于海洋生态学和生物地球化学研究的核心参数。但目前常用的原位方法短时间内无法完成大范围的探测,被动水色遥感无法在缺乏光照以及有云的条件下工作,相比之下,主动遥感方式星载激光雷达可以突破以上限制,在海洋探测方面具有极大的优越性。2006年发射的CALIOP成为首个能够提供全球海洋bbp数据的星载激光雷达,特别是为极地观测和昼夜观测提供了重要数据。文中详细介绍了CALIOP系统原理及其三级主要数据产品,重点梳理了利用CALIOP 532 nm偏振通道退偏比反演bbp的方法以及后续的退卷积校正系统瞬态响应等改进措施,总结出了一套详细完整的反演流程,开发出对应算法并展示了bbp的反演结果,旨在为我国未来星载海洋激光雷达的数据处理及应用工作提供参考。

流场调制下的海面对全极化雷达双站散射的影响研究

从波作用量守恒方程出发,在积分方程模型的基础上,通过特征线法对守恒方程进行求解,推导建立了受波流调制的海面雷达双站散射模型,进行了受流场调制下的海面上半空间散射系数的仿真,分析了全极化下双站散射系数受流速变化的影响,以及风场与雷达参数(雷达波频率、雷达波入射角)对流场调制作用的影响。结果表明,随着流速的增大,海面后向散射空间半球区域的散射系数逐渐减小,在前向散射空间半球区域中,交叉极化下的散射系数变化较为明显。风速的增大和风向与流向的夹角增大会导致流场调制所引起的散射系数变化减弱。入射角变化会导致调制作用最明显区域的散射角度改变。随着频率的增大,流场调制作用增大。

基于后向散射系数模型的杂波仿真与信号重构

分析机载PD雷达的地杂波特性,研究杂波仿真技术。针对机载PD雷达地杂波形成的特点,从机载PD雷达的工作过程出发,基于后向散射系数模型,采用距离-多普勒划分法的杂波功率谱闭合计算模型,计算机载PD雷达的地杂波功率谱分布情况,经仿真分析地杂波分布规律受脉冲重复频率、载机速度和天线指向等因素的影响。提出一种时域信号重构方法,解决了如何由基于后向散射系数模型得到的杂波功率谱重构不具备时域统计特性的时域视频杂波信号的问题。