一种P波段地物后向散射系数测量及验证方法

机载P波段合成孔径雷达因其穿透特性被广泛应用于军事目标揭伪、民用丛林下地形勘测等领域.鉴于现有文献少有涉及该波段在小擦地角10°~20°范围内取值,本文从雷达系统设计、飞行结果验证角度出发,通过机载平台获取大幅宽、高精度、低擦地角P波段1m分辨率图像,根据成像结果反演的处理方法,提出了一种典型地物后向散射系数计算方法.经飞行数据验证,采用本文方法获取的数据可为P波段雷达系统等效后向散射选取提供支撑.

P和L波段的典型地物雷达散射系数的研究

能够反映地物散射特性的雷达散射系数应用前景广泛,具有重要的学术价值。国内外对于L波段同极化和交叉极化雷达散射系数的差值的相关研究较少,且暂无公开的P波段典型地物的雷达散射系数数据,为了弥补这一现状,文章结合国内外实测数据分析了P波段和L波段雷达散射系数和入射角的变化关系,并对L波段和P波段典型地物的雷达散射系数进行了比较。结果表明:L波段HH极化和HV极化雷达散射系数的差值随着入射角的增大而减小,在40°入射角时,典型地物的差值在10~13 dB;P波段典型地物雷达散射系数随着入射角的增加而减小,且比L波段小1~2 dB;P波段HH极化和HV极化雷达散射系数差值随着入射角的增大而减小。文章的研究为P、L波段雷达的遥感应用积累了数据,为极化SAR反演目标信息提供帮助和借鉴。

CFOSAT散射计海面后向散射系数误差及影响

仪器噪声(K_(pc))和地球物理噪声(K_(pg))是影响星载微波散射计后向散射系数(σ^(0))测量精度以及海面风场反演精度的关键因素.针对中法海洋卫星(CFOSAT)散射计(CSCAT),详细分析了K_(pc)和K_(pg)随海面风速、入射角、风单元网格分辨率以及离岸距离等因素变化的特征.结果表明,低风速条件下海面风场变异性较大,K_(pg)为σ^(0)测量误差的主导因素,而且风单元网格越大、海面风场的不均匀性越强,K_(pg)也就越大,而在高风速条件下,海面风场变异性较小,K_(pc)与K_(pg)贡献相当.此外,σ^(0)测量误差总体上随着离岸距离的减小而增大,表明近海岸区域的K_(pg)为散射计观测不可忽略的影响因子.研究结果揭示了星载微波散射计σ^(0)测量误差的影响因素,对CSCAT近海岸风场反演具有重要的指导意义.

散射系数对空间偏移拉曼探测深度的影响

近些年来,空间偏移拉曼光谱(SORS)能够高效地检测深藏于强散射性干扰介质中的目标物,在各种无损检测领域被广泛应用,同时人们对空间偏移拉曼光谱的性能特征也进行了广泛而深入的研究。然而,迄今为止,还缺乏对SORS检测不同光学特性材料的详细研究。本研究旨在通过构建一个简明的双层模型来填补这一空白。在该模型中,两种不同光学性质的干扰物质被覆盖在目标物质上,通过分析表层干扰物和底层目标材料的拉曼散射信号强度,我们研究了物质散射性质的不同对SORS检测结果的影响。结果表面,相同检测条件下,表层干扰物散射能力越强,需要的检测空间偏移量越大。我们的研究证明了SORS技术在穿透表层结构进行无损检测应用中的巨大潜力,并提供了对各种材料SORS特性的全面了解。

中法海洋卫星微波散射计海冰区后向散射系数时空变化特征

以往基于微波散射计的海冰遥感研究主要是进行海冰和海水的区分,进而探究海冰的覆盖范围。中法海洋卫星(China-France Oceanography SATellite,CFOSAT)散射计(SCATterometer,简记为“CSCAT”)利用扇形波束旋转扫描对地面进行观测,其多入射角和多方位角的观测几何特点为海冰监测提供了新机遇。首先将CSCAT后向散射系数数据与欧洲气象卫星应用组织的海冰密集度(sea ice concentration,SIC)数据进行匹配,其次分析南北两极不同海冰密集度下CSCAT后向散射系数的季节性变化,厘清CSCAT海冰后向散射系数的时空分布特征,为后续构建海冰后向散射地球物理模式函数(Geophysical Model Function,GMF)奠定基础。结果表明,CSCAT后向散射系数随海冰密集度的增加而增强。海冰密集度较低时,CSCAT在南北两极的后向散射系数具有良好的一致性,但存在明显的风速调制效应,且该效应随着海冰密集度的增加逐渐减弱。研究结果为利用扇形波束旋转扫描散射计进行海冰密集度遥感提供参考。

渤海海区颗粒物的后向散射系数和光束散射系数统计关系研究

作者利用AC9和HS6(442 nm4、88 nm、532 nm、676 nm)在渤海海域的测量数据,通过分析其中3个波段的数据发现:海水所含颗粒的后向散射系数和光束散射系数之间具有很强的相关性。二者的关系可用2种不同的函数模型描述:在黄河口外海断面可用二次多项式模型描述;而在渤海湾、辽东湾和秦皇岛断面可用幂函数模型描述。将HS6在对应波段实际测量的后向散射系数与反演值进行比较可以发现,上述2个函数模型的反演值与实测值都有很好的相关性(分别为85%和96%),平均相对误差较小(分别为24%和18%),均方根误差分别为0.013和0.055。这表明上述函数模型作为反演模式在对应海域可用。因此,通过AC9的测量数据进行计算获得颗粒的后向散射系数,可增加后向散射系数的数据量,这对于推动水色遥感分析模型的发展具有重要意义。后向散射系数和光束散射系数之间函数模型随海域的不同而不同的可能原因是:(1)在无机悬浮物含量比较高的海域,无机悬浮物的颗粒形状确定后向散射系数和光束散射系数之间函数关系;(2)在无机悬浮物含量比较低的海域,优势藻类细胞形状对后向散射系数和光束散射系数之间的函数关系有更重要的影响。

粒子散射系数在沙尘天气观测分级中的初步分析

利用2004年4月20日至5月23日塔克拉玛干沙漠腹地塔中气象站浊度计和能见度仪逐日每5min一次的加密观测资料及相应的地面气象常规沙尘观测记录,根据中国气象局沙尘暴观测分级标准分析了粒子散射系数在各级沙尘天气中的特征,表明浊度计观测的粒子散射系数在沙尘天气观测分级标准中有较明确的意义,沙尘天气时粒子散射系数与能见度为显著指数关系。

一种计算水体中悬浮物后向散射系数的方法

基于生物光学模型的水质参数反演分析方法是水质遥感监测算法的发展趋势。分析方法中需要以水体中悬浮物后向散射系数作为参数。水体中悬浮物后向散射系数目前主要有3种测量方法,但是这些方法要么因为仪器稀缺而无法普及,要么测量精度不高。提出了一种计算水体中的悬浮物后向散射系数的方法,该方法利用水面比较容易测量的反射率光谱和实验室内比较容易测量的水体各组分的吸收系数光谱,基于生物光学模型推导得出水体中的悬浮物后向散射系数。利用太湖梅梁湾试验区获取的数据检验了这种方法,并取得了较好的效果。这种方法的主要优势是:它基于生物光学模型,有严密的理论基础,具有较高的精度和通用性;另外,它使用的数据比较容易测量,方法容易实施,可为水质参数反演分析方法的建立奠定坚实的数据基础。

MIE散射系数的改进算法

提出一种新的计算MIE散射系数的算法。该算法使用了改进的后向递推公式，可对MIE系数中的消光系数Kext和散射系数Ksca进行精确计算。由于新算法能显著地减少计算循环次数，因此明显缩短了计算时间。对广泛运用的递推法和连分式法进行了比较详细的讨论。并且把新算法的计算结果和已有的成果进行了比较。结果表明：（1）计算的循环次数与粒子的复折射率基本没有关系；（2）连分式得到的结果通常最准确；（3）新算法在尺度系数较大时（〉1000），计算时间仅为连分式算法的10^-2-10^-3，计算的误差小于10^-5；（4）算法的适用范围广，对于尺度系数从10^-6到10^6，复折射率从从10^-6到10^6都能很好地进行计算。

北京市区大气气溶胶散射系数亲水增长的观测研究

利用自制的"进样气流湿度调节"装置,2005年12月7—22日在中国气象局科技大楼测点(记为CAMS)对北京市区冬季气溶胶散射系数随湿度的变化关系进行了观测试验,结果显示,观测期间北京市区气溶胶散射系数亲水增长因子f(U)(定义为一定湿度下的气溶胶散射系数与"干"气溶胶散射系数的比值)在湿度从低到高的变化过程中,主要表现出"平滑连续"的增长特点。总体上,当相对湿度(U)从小于40%增大到93%左右时,平均气溶胶散射系数亲水增长因子可达2.10,而平均散射系数亲水增长因子f(U=80%±1%)为1.26±0.15。按照污染情况把观测期间划分为"相对污染"时段和"清洁"时段,则在"相对污染"情况时,北京市区CAMS测点的气溶胶散射系数增长因子f(U=80%)大约为1.48,而在"清洁"时段约为1.2。与国外有关观测相比,北京冬季"清洁"时段气溶胶的散射系数亲水增长因子f(U=80%)在数值上与生物质燃烧型和扬尘类型气溶胶的亲水增长相似。反映了在不同天气背景下北京市区的气溶胶类型有不同的特点。

太湖水体吸收系数与散射系数的特征研究

湖泊水体光学特性是进行湖泊水体光学及水体光学遥感研究的基础。计算了太湖冬、夏季水体的吸收系数和散射系数,并在分析水体吸收特性的基础上对水体的光学类型进行了分类。结果表明:冬季太湖水体的光学类型属PY型(悬浮粒和黄质共同作用型),即水体的吸收特性受悬浮质和黄质的共同作用,而夏季则属CPY型(浮游藻类、悬浮粒和黄质共同作用型),即水体的吸收特性受悬浮质、黄质和浮游藻类三者的共同作用;不论冬季还是夏季,非色素悬浮粒是影响太湖水体散射特性的主要因子。

用于裂纹方向识别的超声散射系数分析方法研究

本文主要利用超声相控阵技术进行了裂纹方向识别研究。首先,对线性超声相控阵探头采集的全矩阵数据进行了全聚焦成像,确定缺陷的位置。然后将线性阵列划分为若干子阵列,研究了缺陷位置处子阵列的散射系数分布,从中提取出缺陷的方向信息。在此基础上,研究了子阵列参数选择(子阵列包含晶片数及相邻子阵列间隔晶片数)及探头位置对裂纹方向识别的影响。通过对散射系数分布图中提取的3个特征指标,角度测量误差、角度分辨率及相对脊带宽度,进行主成分分析,评价了子阵列参数设置(如子阵列包含晶片数及相邻子阵列间隔晶片数)对裂纹方向识别的影响,优化出最佳的检测位置及子阵列参数设置。仿真和检测实验结果表明,当相邻子阵列间隔晶片数为1,包含晶片数为11个时,可以利用超声散射系数分布进行裂纹方向的准确测量,测量误差小于2%。

超声表观积分背散射系数评价新生儿骨状况的可行性研究

新生儿骨发育状况的超声评价有重要意义。本文研究用超声背散射信号来评价新生儿骨发育状况的可行性。提出将超声表观积分背散射系数(AIB)用于评价新生儿松质骨状况,研究了不同超声频率下AIB与婴儿体重、出生天数之间的关系。研究结果表明,足月儿的AIB明显大于早产儿的AIB;足月儿的体重和AIB相关性较弱;早产儿的AIB参数和出生天数具有较高的正相关性(R=0.633)。说明超声背散射信号及其参数AIB可用于评价新生儿松质骨发育状况。

水中石油类含量对后向散射系数光谱的影响

根据2008年5月和2009年8月在辽宁省盘锦市石油类污染水体配比试验和现场试验获取的光学特性数据及生物化学特性数据,分析了石油类含量和后向散射系数数据的关系。结果表明：河口区的后向散射系数幂律指数遵循随着悬浮物浓度增加而减小的对数变化规律;440~856 nm波长范围内单位后向散射系数在0.006~0.035 m2g-1之间,并且随波长增加而减小;石油类含量对后向散射系数的影响集中反映在石油类单位后向散射系数（单位石油类含量的后向散射系数）上,石油类单位后向散射系数与石油类含量呈乘幂变化规律,且随波长的增加而减小;石油类含量对后向散射系数幂律指数影响小。

ENVISAT雷达高度计后向散射系数的极区海冰分布特性

ENVISAT卫星可覆盖至南北纬81.4°,其携带的RA-2雷达高度计为极地海冰研究提供了周期性的主动微波海冰探测途径。本文用ENVISAT雷达高度计探测的Ku波段后向散射系数对2011年南极和北极各月份的海冰覆盖特征(范围和海冰表面属性)进行详细研究。利用海水和海冰的不同散射特征,设置后向散射系数阈值为13 dB可成功分离海冰和海水。除夏季外,雷达高度计和美国冰雪数据中心基于辐射计获取的极区海冰覆盖边界高度符合。因北极中央区域(81.4°N以北)没有轨迹覆盖,本文只估计了南极海冰的覆盖面积,夏季海冰的覆盖范围面积比辐射计探测结果偏大,这和雷达高度计对离散薄冰较强的观测能力有关,在海冰密集分布的其他季节结果则有很好的符合,其中冬季面积平均差异为0.17 Mkm2。分析南极和北极海冰的分布特征差异,和南极相比北极冬季海冰表面较粗糙干燥,而夏季海冰表面湿度较大。结果表明ENVISAT雷达高度计可准确地探测包括海冰覆盖和海冰表面属性变化在内的海冰季节性演变过程,可在海冰监测、极地科考等领域中发挥重要作用。

天津市区秋冬季大气气溶胶散射系数的变化特征

通过对天津市区2006年9月至2007年2月期间散射系数进行统计分析,得出天津市区秋冬季气溶胶散射系数特征:散射系数小时平均值变化范围在100～10000 Mm^(-1),日变化呈典型双峰形,峰值出现在早6时和晚22时,散射系数分别为508.5和431.4 Mm。冬季散射系数要高于秋季。雾日、霾日和晴天时的平均散射系数分别为588.8,403.7和172.5Mm,雾日的散射系数最大,晴天的散射系数最小。细粒子PM_(2.5)浓度日变化与散射系数日变化曲线非常接近,两者呈正相关,相关系数达到0.78。出现大风扬沙天气时散射系数变化剧烈,PM_(10)浓度出现高值,而散射系数却降低,扬沙天气导致空气中的大粒子浓度增加,当PM_(10)质量浓度表现为高值时,散射系数并没有表现为高值。

黄东海春季水体后向散射系数的经验模型研究

水体后向散射系数的反演模型研究是 II类水体生物 -光学算法开发的重要组成部分。通过对 2 0 0 3年 4月黄东海试验获得的水面之下遥感反射率 rrs (λ)和后向散射系数 bb (λ)的分析 ,以 bb (4 1 2 )为中间变量 ,根据水体后向散射系数的光谱特点 ,统计获得了 rrs (λ)反演的统计模型。从整体反演的效果可见 ,该模型在试验水域可使 73%的样品反演相对偏差控制在± 30 %之内 ,且多集中于± 1 0

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.

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。