卫星测高数据的沿轨迹重力异常反演法及其应用

本文给出了一套基于直角坐标系下的垂线偏差求解重力异常公式 ,并将之发展成为一套新的沿轨迹重力异常求解公式。与其他方法相比 ,本方法无须求解交叠点处沿轨迹和跨轨迹方向的海面高斜率 ,仅需计算沿轨迹方向的海面高斜率 ,因而更为简洁、有效 ,而且分辨率可以更高并可与真正的沿航迹实际船测重力相比较、验证。据此 ,利用 Geosat/GM、ERS-1 /35天及TOPEX/Poseidon三种测高数据 ,反演了南中国海域 (0°～ 2 5°N,1 0 5°～ 1 2 2°E)的 2′× 2′重力异常—— IGG-S。通过与实际船测资料和国际同行提供的重力模型相比 ,IGG-S总体精度达到1 0× 1 0 - 5ms- 2。

高度计测距精度对沿轨迹重力异常反演的影响

应用求解沿轨迹重力异常的垂线偏差法以及求解空间分辨率的交叉谱分析法,建立了高度计测距精度与沿轨迹重力异常反演精度以及空间分辨率的关联性模型。首先依据卫星测高原理,给出了沿轨迹重力异常的误差传播公式,然后以此为基础通过推导交叉谱分析中一致性系数与信噪比的数学表达式,建立了高度计测距精度与空间分辨率的解析关系。数值仿真结果表明:雷达高度计测距精度与沿轨迹重力异常反演精度成正比关系,与空间分辨率成幂函数关系,即高度计测距精度提高m倍,沿轨迹重力异常反演精度提高m倍,全球海域平均空间分辨率提高m0.464 4倍。将数值仿真结果与相关文献中对实际测高数据的处理结果进行比较,验证了理论分析及模型的正确性。

中国近海卫星测高数据的重力异常反演——II.沿轨迹垂线偏差反演法

给出了一套基于直角坐标系下的垂线偏差求解重力异常公式 ,并将之发展成为一套新的沿轨迹重力异常求解公式。据此 ,利用Geosat/GM、ERS 1/ 35d及Topex/Posei don 3种测高数据 ,反演了南中国海域 ( 0°～ 2 5°N ,10 5°～ 12 2°E)的 2’× 2’重力异常———IGG S。通过与实际船测资料和国际同行提供的重力模型相比 ,IGG S总体精度达到 10× 10 - 5m/s2 。

联合多种测高数据确定中国边缘海及全球海域的垂线偏差

联合多种测高资料,基于EIGEN_CG01C重力场模型,采用沿轨迹加权最小二乘方法确定了中国边缘海和全球海域格网垂线偏差(IGG2006_DOV),中国海域整体精度优于1.2″,满足了反演高分辨率、高精度海洋重力场对测高垂线偏差的精度要求。在南海海域,基于测高垂线偏差解算的重力异常与船测重力进行了外部检核,精度达到7.75 mGal。

基于幅度和相位联合的ATI动目标检测新方法

分析了影响SAR-ATI动目标检测干涉相位图中点幅度和相位分布的因素———包括雷达噪声、杂波能量、地面RCS起伏以及成像时的旁瓣等.针对SAR-ATI检测时虚警概率过高问题,基于幅度门限和相位门限联合动目标检测处理,提出了一种改进方法:首先对SAR每一个通道的图像域中相位被污染的点作一次关于能量梯度的预滤波,在滤除了干涉相位图中相位失效的点之后,根据雷达的固有噪声及干涉相位分布图,在概率意义下设定滤波门限进行自适应幅度滤波;最后采用相位门限进行检测处理,有效降低了虚警概率;同时给出一个由干涉相位图中统计量拟合出的动目标检测曲线经验公式,能够明显降低在低杂噪比条件下的虚警概率.仿真结果验证了此方法的有效性.

基于新一代GNSS-R星座海面测高原理提高水下惯性/重力组合导航精度研究进展

紧跟国际卫星测高反演和水下组合导航的最新热点,以满足中国迫切提出的科学和国防需求为导向,介绍了基于GNSS-R卫星海面测高原理提高水下惯性/重力组合导航精度研究进展。第一,介绍了GNSS-R测高精度研究进展、GNSS-R测高沿轨迹空间分辨率研究进展、GNSS-R反射点轨迹间空间分辨率研究进展、基于卫星测高反演海洋重力场研究进展、水下重力匹配导航研究进展等。第二,在GNSS-R海面测高方面,提出了新型大地水准面静态高程镜面反射点修正定位法、海洋潮汐时变高程镜面反射点修正定位法、法向投影镜面反射点修正定位法、GNSS-R星载下视天线接收信噪比模型构建法、GNSS-R星载下视天线可用镜面反射点筛选算法等,旨在提高卫星测高精度和空间分辨率;在水下重力匹配导航方面,提出了新型主成分加权平均归一化法、测地线周期性航向控制法、分层邻域阈值搜索法、先验递推迭代最小二乘误匹配修正法等,旨在提高水下重力匹配导航精度、匹配效率及可靠性。第三,预期提出新型二阶不动点时延提取法,旨在提高GNSS-R卫星海面测高精度;预期提出新型反射信号分解法,旨在提高GNSS-R卫星海面测高沿轨迹空间分辨率;预期提出新型海面粗糙度误差校正法,旨在提高GNSS-R卫星海面测高轨迹间空间分辨率;预期提出新型正则化稳健算法,旨在提高海洋重力场反演精度和空间分辨率;预期融合星载GNSS-R模拟测高数据、岸/空基GNSS-R验证测高数据等多源信息,联合几何配准收敛速度快和直接概率准则定位精度高的优点,构建新型几何配准-直接概率准则混合法,旨在提高水下惯性/重力组合导航精度和速度。

任意沿轨基线长度双孔径SAR-ATI动目标检测方法

提出了一种适用于沿轨迹排列、任意间距的双孔径天线ATI动目标检测方法,应用于地形高度有起伏的地杂波环境,给出了相应的测速、定位公式。针对在图像域中难以直接实现非整数像素配准的问题,分别在时域和多普勒域中给出了两种解决方法,实现了图像的高精度配准,并在整个观测带内动目标检测的条件下结合聚焦深度的概念给出了具体的实现过程。最后比较了不同波段对该方法的影响,得出了波长越长,测速与定位精度越高,最大可检测不模糊速度提升的结论。仿真结果表明,在不考虑系统噪声的前提下该方法可以实现精确的测速与定位。

交轨干涉SAR涌浪干涉相位模型及数值模拟

建立了包含海表面高度和速度聚束的交叉轨迹干涉合成孔径雷达(Across-Track Interferometric Synthetic Aperture Radar,XTI-SAR)涌浪干涉相位模型,得到了涌浪成像的解析表达式。进一步研究了XTI-SAR沿方位向传播的涌浪成像机制。定义二次谐波振幅与基波振幅比率来表征成像非线性,通过比较XTI-SAR和沿轨迹干涉合成孔径雷达(Along-Track Interferometric Synthetic Aperture Radar,ATI-SAR)相位的二阶调和分量,分析不同海况和干涉SAR参数情况下的数值模拟,结果表明:当速度聚束弱时,XTI-SAR相位比ATI-SAR相位具有较强的非线性,ATI-SAR比XTI-SAR更适合测量海浪。当速度聚束强时,XTI-SAR相位比ATI-SAR相位具有较弱的非线性,XTI-SAR比ATI-SAR更适合测量海浪。

地面RCS起伏特性模拟及对ATI检测性能的影响

在假定目标RCS起伏为高斯形状频谱特性的前提下,将高斯白噪声通过一个高斯谱特性的低通滤波器来模拟目标RCS起伏特性。首先用康斯坦尼兹法设计了低通滤波器,并根据地杂波等效速度的不同,得到一组不同的滤波器响应,进而实现了背景RCS起伏程度不同的地杂波的模拟。然后以该地杂波为背景,采用ATI方法进行动目标检测,分析了地面背景RCS起伏特性对动目标检测性能的影响。计算机仿真结果表明:在一定的虚警概率下,当不考虑接收机噪声时,随着RCS起伏加剧,动目标径向最小可检测速度增大。最后得到结论:用基于ATI方法进行动目标检测时,若不考虑雷达接收机噪声,则地面背景RCS起伏特性是影响最小径向可检测速度的主要因素。

图像序列中的自动点目标空时快速检测

提出了一种新的序列图像中点状运动目标空时快速检测方法,该方法假设经过背景杂波抑制预处理后图像已转换为类SPGWN(信号加高斯白噪声)模型。自动目标检测时图像序列被划分为多组检测单元,每单元包含两帧相邻的图像。根据目标速度限制条件,采用在单元内以及两相邻单元间沿轨迹集成像素灰度的检测算法。在付出同等运算量的代价下,克服了二维投影检测性能较差的弱点,同时也具备可检测多速率目标的优点。理论分析和仿真试验表明了该检测方法的有效性。

联合多种测高数据确定中国海及其邻域1．5′×1．5′重力异常

联合多种测高资料和Geosat/GM波形重构数据,基于EIGEN_CG01C重力场模型,采用沿轨迹加权最小二乘方法和逆Vening-Meinesz公式,确定了中国海及其邻域1.5′×1.5′重力异常。将计算结果与最新船测资料进行了比较,标准差为3.37×10-5m.s-2。