星载全极化微波散射计系统仿真与性能分析

本文对全极化微波散射计遥感海面风场的原理及其特点进行研究,建立了星载全极化微波散射计的系统仿真模型.对比了SeaWinds散射计参数下全极化与同极化的风场反演质量,结果表明全极化微波散射计在星下点以及刈幅远端的区域有良好的风场反演性能,并可提升高风速条件下的风场反演精度.最后分析了极化通道隔离度对全极化散射计系统性能的影响.

全极化综合孔径微波辐射计全极化亮温的重构

为了获取全极化信息和降低重构误差,提出了一种改进的全极化重构算法应用于全极化综合孔径微波辐射计,并分析了交叉极化对全极化亮温各分量的影响程度.仿真结果表明,与传统算法相比,改进的全极化重构算法能够有效降低图像重构误差,获取高精确度的全极化亮温数据以满足测量土壤湿度、海表面盐度、海表面风矢量等应用需求.

Stokes参数数字化求解的误差分析

Stokes参数是描述极化波的强度量纲,在电磁测量、合成孔径雷达、辐射计中均有广泛应用.文中提出了求解Stokes参数的数字化方法,具有带宽高、稳定性高等特点.针对将模拟信号采样量化后求解Stokes参数的方法,本文分别就自相关和互相关两种计算过程,详细分析并给出了数字量化对最终亮温的误差贡献.文中证明了高于3bit量化引入的亮温误差小于1*10-5K,进一步给出了量化后的系统灵敏度,分析了由数字量化产生的亮温灵敏度偏差.当量化位数为3bit时,数字相关系统灵敏度可以达到理想模拟相关系统的95%.本文为不同应用条件下,满足不同精度时,如何选择特定量化位数与量程提供了依据.

微波散射计反演海面风场的神经网络方法研究

研究利用神经网络方法处理微波散射计数据,反演海面风场。重点研究海洋二号(HY-2)卫星微波散射计数据反演,特别是中高风速条件下的风场反演。其中风速的反演基于后向传播(Back Propagation,BP)神经网络;多解风向的反演基于混合密度(Mixture Density Network,MDN)神经网络,求解过程中的核函数采用高斯分布;网络训练的目标风场采用欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-range Weather Foresting,ECMWF)模式风场。通过与ECMWF风场的比较,利用神经网络方法反演的风场可以满足HY-2微波散射计风场反演的精度要求。同时通过与国家卫星海洋应用中心发布的HY-2微波散射计L2B级风场产品相比较,表明该方法反演的风场更接近ECMWF模式风场。

基于流水线技术的数字下变频器设计优化

数字下变频器(Digital Down Converter,DDC)是雷达数字接收机的重要组成部分,其功能是将数字化的雷达中频信号进行下变频至基带。DDC主要完成星载微波散射计的正交解调、滤波和降采样算法。出于星载应用对可靠性和芯片资源的要求,选择Actel基于FLASH技术的FPGA芯片,并采用基于流水线技术和简化的正交解调及分布式滤波的算法来实现DDC模块功能。

天宫二号干涉成像雷达高度计的基线倾角反演

天宫二号干涉成像雷达高度计是国际上第一个采用小入射角和短基线干涉测量技术实现宽刈幅海面高度测量的高度计。利用其在拓展试验中获取的星下点干涉回波进行干涉相位处理,进而根据几何关系对干涉基线的倾角进行了反演,并将反演结果与平台测量的横滚角进行了对比以验证利用干涉相位进行干涉基线倾角测量的技术。天宫二号平台姿态是相对于地心来进行控制的,而从干涉回波反演出的基线倾角是相对于地表的。由于地球是一个椭球体,因此反演得到的基线倾角与平台测量的横滚角两者之间存在一个与轨道有关的系统偏差,经校正后得到了符合预期的结果:两者测量的横滚角变化趋势以及标准差均相符合。

89 GHz多入射角亮温差反演海冰密集度的可行性分析

被动微波遥感是目前进行海冰密集度观测的重要方式,ASI(ARTIST Sea Ice algorithm)算法利用AMSR-E的89 GHz双极化亮温可获得目前海冰密集度(SIC)产品中最高空间分辨率6.25 km,但是需要低频数据进行大气校正。本文提出一种基于89 GHz综合孔径辐射计单频多角度观测亮温反演海冰密集度的新方法,并开展了可行性分析。该方法利用多入射角亮温信息弥补观测过程中海冰与海水亮温信息的混淆,提高SIC的反演精度,并且可以实现高空间分辨率。首先构建了星载观测海冰辐射亮温仿真系统,利用仿真亮温数据及FY-3C星微波湿度计89 GHz通道实测亮温数据,开展89 GHz亮温角度敏感性分析;其次,推导建立了基于89 GHz角度亮温差的SIC反演算法,结合欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的SIC产品及亮温仿真系统完成了初步反演验证。验证结果表明,利用入射角亮温差可以实现海冰密集度的反演,利用多组入射角组合进行最小均方根加权平均后处理可以最大程度的降低SIC的反演误差。输入的高斯白噪声为2 K时,可以获得5%的SIC误差。最终结果证明利用连续角度亮温差进行SIC反演,可以充分扩大海水与海冰的区分。