利用星载微波辐射计AMSR-E数据反演海洋地球物理参数

从微波辐射传输原理出发,通过理论模拟的亮温建立了海洋和大气参数的反演算法,利用AMSR-E数据进行地球物理参数的反演验证,并利用Wentz算法进行相同参数的反演,以判断反演的效果。研究表明:在使用各种方法进行参数反演的时候,反演结果和实际值之间存在很好的相关性,但是都存在一个系统偏差需要修正。通过与NCEP和TAO浮标两组数据的比较发现,同样的算法反演结果的均方根误差不同,采用浮标数据比较的反演结果明显好于NCEP数据,原因可能是NCEP数据存在一定的不确定性。算法反演大洋海面温度和风速的均方根误差分别为0.73K和1.21m/s。

增益对星载微波辐射计系统线性度的影响分析

针对星载微波辐射计中检波器的工作特性进行分析.观测固定目标时,通过调节AGC(Automatic GainControl)的大小,定量分析系统伏安特性曲线,对星载微波辐射计系统线性度进行定性分析.结果表明,通过调节AGC大小,系统增益发生变化,导致检波器工作区间发生微弱变化,通过两点定标不能完全消除由于增益引起的非线性误差.对一定亮温范围的观测目标进行分析,结果证明,AGC变化时反算亮温与实际目标亮温差值随观测亮温的变化而成非线性变化.从而证明,系统增益变化导致的亮温变化通过两点线性定标并不能完全消除.在系统正常工作或实时定标过程中,要尽量避免调节AGC值,保证微波辐射计系统工作在线性区间.

星载微波辐射计遥感反演云水量的一个算式

云柱含水量 (常称为云水路径 ,以下简写为L)是气象学中一个重要的物理参量。星载微波辐射计是目前监测全球范围云水路径分布和变化的最强有力的技术手段。已上天的微波辐射计 (如SSM/I)反演云水路径L的算式需要进一步改进发展 ;将要上天的仪器 (如日本的ADEOSⅡ AMSR)反演L的算式需要建立。采用物理 统计反演方法 ,建立了一个L反演算式。主要过程是 ,先根据辐射传输模式模拟得到的资料 ,建立云水量L与有云无云亮温差之间的关系式 ;无云时的亮温由低频通道 (SSM/I的 19GHz)及通过SSM/I大量晴天的资料建立的关系式求得。算式反演结果的对比表明 ,尽管作为验证的资料量极少且本身有很大的不确定性 ,但总体来说 ,我们算式的反演结果是可信的。

星载微波辐射计空间分辨率增强算法研究

由于天线尺寸和重量受到限制，星载微波辐射计的空间分辨率通常都比较低。同时在测量地理参数时往往要用到辐射计的多个频率通道测量值，这就需要把不同通道的空间分辨率统一成某个较高空间分辨率。因此，出于应用的目的，利用微波辐射计空间分辨率增强算法来得到较高分辨率的图像很有必要。简单介绍了增强星载微波辐射计图像空间分辨率的几种算法，详细叙述了Baekus—Gilbert反演算法的原理。设计了带有一些地物特征的人工合成图像，并使用BG反演算法对一模拟辐射计的生成图像进行了增强处理。从处理前后的图像对比可知，无论辐射计测量是否含有噪声，BG反演算法都很好地提高了辐射计生成图像的空间分辨率。在考虑噪声时，通过分析增强处理后图像与人工合成图像之间的相关性，仔细挑选协调参数，对分辨率和噪声进行了较好的折中处理。

星载微波辐射计周期定标技术的综述

本文从周期定标方式、定标方程和定标误差分析等几个方面全面系统地阐述了星载微波辐射计周期定标技术,介绍了国外的最新动态.这对我们设计自己的星载辐射计周期定标系统是大有俾益的.

用19.35GHz星载微波辐射计(SSM/I)亮温反演海面风速

我们发展了一种用 19.35 GHz星载微波辐射计 ( SSM/ I)亮温反演海面风速的模式 ,并利用同步的卫星亮温和海面浮标数据反演出海面风速 ,并且和浮标风速进行比较。为了说明反演算法的可用性 ,我们分别与目前国际上的通用反演算法的反演结果进行了比较。文章提供了一种新的、用单一波段亮温反演海面风速的方法。

星载微波辐射计通道分辨率匹配技术及其在FY-3卫星MWRI中的应用

基于仿真模型对圆锥扫描星载微波成像仪不同频率和极化二维天线方向图地面足迹的模拟,对FY-3卫星微波成像仪(MWRI)原始观测轨道亮温数据,用Backus-Gilbert(BG)分辨率匹配算法分别对分辨率降低(高频通道匹配到低频通道)和分辨率增强(低分辨率匹配到高分辨率)进行了实验分析。结果表明:分辨率降低匹配处理能较好地模拟实际仪器观测,且不另引入噪声,可在MWRI通道分辨率匹配中实际应用;分辨率增强匹配可明显提高低频图像分辨率,但会一定程度引入噪声,实际应用中应考虑在分辨率增强与噪声间进行折中处理,在增强分辨率的同时,使引入的噪声在可接受范围内。

星载微波辐射计定标噪声源的计算机仿真研究

微波辐射计的定标噪声源提供定量噪声功率 ,是微波辐射计定标中不可缺少的重要部分。为了对微波辐射计进行星载条件下的仿真研究 ,本文采用伪随机信号来仿真微波辐射计的噪声源。所仿真的噪声源信号通过微波辐射计仿真模型与实际噪声源信号输入到实际微波辐射计系统的对比结果表明了其良好的线性度 ,可以用于进一步的仿真研究。

星载微波辐射计数控单元系统设计与实现

星载微波辐射计是一种测量大气的液态水和水汽含量的被动式星载遥感器,在海洋和大气环境探测中有重要的应用,在神舟飞船(神舟四号)、嫦娥卫星(嫦娥一号)等航天项目中均有成功的应用经历。数控单元作为星载微波辐射计的核心单元,承担着系统控制、数据处理及与卫星的数据通讯等重要功能。着重介绍了星载微波辐射计的数控单元的系统设计以及一些关键技术。

星载微波辐射计的计算机仿真研究

星载微波辐射计是大气观测和海洋观测的重要微波遥感仪器,计算机仿真研究对于系统分析、设计、研究和性能的测定具有重要的意义。文章对全功率型微波辐射计进行了计算机仿真研究,建立了全功率型微波辐射计的系统仿真模型,并采用伪随机数模拟微波辐射计信号源,进行了微波辐射计测温灵敏度的仿真测试。仿真测试结果证明了所建模型准确有效,为系统设计提供了重要参考。

星载微波辐射计的非线性反演算法

为了提高用星载微波辐射计观测的数据反演大气海洋参数的精度和效率,提出了使用非线性的Nelder-Mead算法求解星载微波辐射计的辐射传输模型(RTM)的新的反演算法。与目前常用的多元线性回归(MLR)算法相比,Nelder-Mead算法保证了整个反演过程具有明确的物理意义,避免了引入MLR模型带来的误差。反演结果表明,与传统的M氓算法相比,Nelder-Mead算法具有较好的反演效率和较高的精度。

星载微波辐射计分辨率匹配的平滑参数选择

为了反演获得准确的大气海洋参数,须要将星载微波辐射计分辨率不同的观测亮温进行分辨率统一的重采样处理。结合卫星的相关参数,使用渐削圆形口径和正轴等距投影的方式对星载微波辐射计的天线方向图进行仿真模拟。使用Backus-Gilbert方法对包含地理信息的模拟天线方向图以及AMSR-E真实数据进行观测亮温重采样试验,并分析了调整平滑参数时匹配误差和噪声参数两个关键指标的变化,得出选定的最佳平滑参数是当平滑参数从0向无穷大变化时,首次出现构造天线方向图非负的平滑参数。试验表明,目前常用的固定滤波分辨率匹配方法结果较好且计算效率高,具有一定的应用价值。

星载微波辐射计天馈系统噪声温度分析

星载微波辐射计在轨运行时,影响天线温度的因素与天馈系统的空间与时间的不稳定性有关。在最坏情况下,裸露在卫星舱外的天线物理温度的变化值可达±150℃,而且太空环境和卫星舱内环境存在一定的温度差异,使得连接天线与开关的波导存在一定的温度梯度。依次分析了反射面对观测信号传输的影响,天线馈源物理温度在-150℃～150℃范围内时的噪声温度,温度梯度对计算连接波导噪声温度的影响。利用上述的分析结果,确定了天馈系统的在轨测温方法以满足星载微波辐射计精确定标的要求。

基于动态滤波重采样的星载微波辐射计观测亮温方法

研究了星载微波计的亮温观测,针对目前常用的采用重采样的固定滤波方法不考虑观测几何变化的不足,开发了一种采用基于Backus-Gilbert(BG)方法的动态滤波重采样的亮温观测方法,该方法从卫星观测方式入手,考虑了观测几何沿经线方向和沿纬线方向的变化,采用线性插值的方法对滤波模板进行实时更新,实现了动态滤波重采样的目的。对该方法并进行了仿真试验和基于对地观测的先进扫描微波辐射计(AMSR-E)观测资料的真实数据试验,试验结果表明,这种方法的匹配误差小于固定滤波方法且具有较高的计算效率,具有良好的业务化应用潜力。

星载微波辐射计的线性与非线性反演算法比较

针对星载微波辐射计反演海洋大气参数的过程,分析了反演通道的选择,比较了线性与非线性反演算法的区别。非线性反演算法逐步舍去低分辨率的低频通道,能够直接有效地提高反演产品的空间分辨率。对几种反演算法的分析和实验表明,非线性反演算法中的基于NelderMead的最优化反演算法相对于线性反演算法,其精度较高,具有一定的开发价值和应用潜力。

星载综合孔径微波辐射计冗余空间定标方法研究

星载综合孔径微波辐射计系统为了实现更好的辐射测量性能,在地面对通道间剩余相位通过相位定标实验进行测量,其结果用于亮温重构时对通道间剩余相位进行补偿。冗余空间定标方法基于自身阵列冗余基线信息,该方法无需额外资源支持即可对星载综合孔径微波辐射计系统定标,可作为一种在轨的验证方案对系统综合孔径微波辐射计系统通道间剩余相位进行评估。系统性的介绍了基于星载综合孔径微波辐射计系统观测到的场景,冗余空间定标方法以及对平坦场景提出利用模拟的平坦目标响应相位修正的方法,可在点源场景、平坦场景下利用冗余空间定标方法求解通道间剩余相位,并结合仿真验证该方法的可行性。

粗糙海面星载微波视在亮温仿真模型

针对新型星载微波辐射计论证需求,通过研究平静和粗糙海面发射率模型,结合大气辐射模型,建立了典型波段的星载微波视在亮温数学模型,设计了视在亮温仿真模型总体方案,以及平静海面发射率、风速影响发射率、风向影响发射率和辐射传输仿真计算模块方案,开发了星载微波辐射计视在亮温仿真软件,实现了不同大气、海面风、传感器参数条件下的星载微波辐射计海面视在亮温仿真计算,验证了仿真模型的可行性,为星载微波辐射计星地一体化仿真论证提供了技术支撑。

基于星载微波辐射低频双极化通道观测数据的微波辐射传输模型

微波辐射传输方程是海洋-大气微波遥感的理论基础,本文基于晴空条件下AMSR-E 10.7GHz水平与垂直极化亮温数据,将平静海面的亮温观测结果与4种海水相对电容率模型和2种大气水汽吸收模型的计算结果进行比较,确定了海水相对电容率模型与水汽吸收模型,基于上述模型和实测亮温数据反演了风致各项同性海面发射率,其与已有的经验模型结果基本一致,由此建立了星载微波辐射传输模型;利用建立的辐射传输模型计算亮温与AMSR-E观测亮温分别反演了海表面温度与海表面风速,验证了所建微波传输模型的有效性。本文的研究结果可为星载微波辐射计亮温定标、海洋地球物理参数提取奠定基础。

多源星载微波传感器在台风“小犬”强度和风场结构分析中的应用研究

星载微波传感器可以穿透云雾对海面10 m高度风场进行全天时、全天候和大范围的直接观测,这为台风强度和风场结构的变化监测提供了契机。以2023年超强台风“小犬”为研究对象,基于主动式星载合成孔径雷达(SAR)和被动式微波辐射计提供的长时序观测资料,在风暴生命周期内对台风强度、最大风速半径(RMW)和风圈半径等信息进行识别,并利用国际气候管理最佳轨迹档案(IBTrACS)数据集和国家气象中心(NMC)实况资料进行验证。结果表明,利用星载微波传感器提取的台风强度与IBTrACS记录强度具有较好的一致性,两者均方根误差(RMSE)为3.8 m/s,相关系数达0.91。同样地,基于卫星提取的RMW与IBTrACS资料也具有较好的一致性,两者RMSE为6.12 km。对于风圈半径,卫星提取的7级(R7)、10级(R10)和12级(R12)风圈半径和NMC实况资料的RMSE分别为102、43和35 km。对于台风“小犬”这类具有长生命期的风暴,利用主动式星载SAR和被动式辐射计资料进行多时段联合观测,可为精细化台风风场监测及其强度和结构的变化研究提供重要数据支撑。