天线形变对风云卫星遥感图像的影响

为探究反射面天线形变对风云卫星毫米波和亚毫米波成像仪(MMSI)的亮温图像质量的影响,运用基于表面电流积分的物理光学方法计算天线辐射方向图,探究不同形式反射面天线形变下天线辐射特性的变化规律。结合MMSI的亮温图像的处理结果,评价图像质量的变化。实验结果表明:反射面天线的形变面积、形变位置和副反射面晃动发生变化时,天线的主瓣增益、副瓣电平和波束宽度等关键指标发生规律性变化,对MMSI的亮温图像质量产生不同形式的影响。当反射面天线的形变面积增大时,天线的主瓣增益减小,副瓣电平升高,进一步导致分辨率降低,噪声水平升高,亮温图像质量变差。     

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。     

一维综合孔径微波辐射计在轨定标方法

G矩阵反演法是一维综合孔径辐射计普遍采用的图像重构算法，其实现包含两个关键要素：系统响应G矩阵标定和有效的数值反演算法。目前，在轨运行的辐射计采用系统误差分步测量的定标方法。在G矩阵反演法和点源测量G矩阵的理论基础上，对相应点源测量试验过程和水体成像试验过程进行了介绍，并对成像精度进行了分析，验证了整体定标的可行性。接着，提出了在轨G矩阵定标方法，并分析了卫星机动对载荷的影响。相比于目前在轨应用的分步测量系统误差的定标方法，该方法利用外部定标源整体标定系统响应G矩阵，能够简化分步定标各系统参数的定标过程，实现符合设计的成像精度，为后续高精度的图像重构算法提供保证，给一维综合孔径辐射计在轨定标提供了新的思路。     

基于粒子群算法的大型低冗余度线阵综合

天线阵列排布与优化，是一维综合孔径辐射计的一项关键技术，其通过决定可见度函数采用分布来影响辐射计最终的成像质量。以往的学者们都将寻找理论上最优的大型阵元数低冗余度线阵（LRLA）作为研究的首要目标，以获得最优的空间分辨率。文章在此基础上，着重考虑工程实现过程中的系统可靠性要求，研究在任意一个阵元出现故障的情况下，通过冗余优化设计，确保系统性能不受影响。基于此，提出了一种基于粒子群优化的排列结构约束搜索算法，能够在较短时间内获得一系列满足条件的大阵元数LRLA排列。同时，文章还给出进一步冗余优化的方法，以确保生成的阵列在出现两个阵元故障时，辐射计系统基线缺失的概率高于设定的阈值，从而保证系统具有令人满意的可靠性。文章提出的方法以及得到的LRLA排列，虽然在一定程度上增加了辐射计系统的复杂度，但是，一些额外天线阵元的引入可以确保足够的阵列冗余度，从而减小阵元/接收机失效的影响，增加系统对阵列位置误差等的鲁棒性，改善系统的灵敏度指标。     

一维镜像综合孔径的近场相位校正方法

镜像综合孔径微波辐射成像的原理基于远场条件推导,不适用于近场成像。为了解决近场条件下的镜像综合孔径成像问题,本文推导了近场双天线互相关表达式,发现近场双天线互相关可以表示为远场双天线互相关与近场相位因子的乘积。校正该相位因子后,即可使用反余弦变换进行近场亮温重建,从而解决了近场条件下的成像问题。本文提出了两种基于外部点源的近场相位校正方法,并分别对点源目标及展源目标进行了仿真,仿真结果表明:校正后的亮温重建误差较小,从而验证了这两种方法的有效性。     

综合孔径辐射计灵敏度计算公式的比较

灵敏度是综合孔径辐射计的关键技术指标。文中对现有文献中综合孔径辐射计的灵敏度计算公式进行归纳与比较,并证明在被测场景的亮度温度分布均匀的条件下,综合孔径辐射计的灵敏度和反演得到的亮度温度(即图像的亮度温度)的标准差在数值上是几乎相等的。     

一种结合亮温图像和子空间分解的RFI定位算法

射频干扰(radio frequency interference, RFI) 对L波段综合孔径辐射计遥感数据造成了严重污染,降低了产品质量。RFI检测定位是处理RFI的关键步骤。传统的基于亮温图像的定位算法受到仪器角分辨率的限制,无法有效分离相邻的RFI。为了实现更高的空间分辨率,基于子空间分解技术的多信号分类(multiple signal classification, MUSIC)算法被提出。然而,当亮温图像的信噪比较低时,背景和噪声对子空间分解的准确性影响较大,进而降低了MUSIC算法的定位性能。文章通过结合亮温图像和子空间分解两种方法的优点,提出了一种融合改进定位方法。该方法通过在亮温图像域中消除背景场景、增强目标射频干扰,2次提高了图像信噪比,在频域中,利用子空间分解和MUSIC算法实现超分辨率和高精度定位。通过对土壤湿度和海洋盐度（soil moisture and ocean salinity, SMOS）卫星数据进行实验和仿真验证,证明了文章提出的方法在低信噪比情况下优于传统的MUSIC算法和基于亮温的定位算法。此外,在对多个弱RFI源的定位上,该方法的定位精度也优于基于点源波纹的弱RFI检测定位算法。     

基于预估点扩展函数的光学遥感图像去模糊研究

为使航天相机获得的遥感图像的视觉质量更佳,提出了一种有效而稳定的基于估算点扩展函数(PSF)的遥感图像快速复原方法。先用改进的刃边法快速估算PSF尺寸和形状,用直接边缘检测法处理,由自适应阈值算法抑制噪声产生的波动,有效减小了PSF估算的存储与时间开销。再基于预估的PSF,用非盲反卷积复原算法复原图像,通过带权补偿去模糊算法由正则化反卷积和高频补偿,有效抑制源于PSF估算误差的振铃现象。根据视觉效果和客观评价指标对该复原方法与经典算法的效果进行了比较,结果表明:该法在存在噪声和点扩展函数估计误差的影响时仍有良好的鲁棒性,图像质量提高幅度大,速度快,可行性高,已成功用于浦江一号(PJ-1)卫星的遥感图像处理。     

团队进步算法与遗传算法和粒子群算法进行天线阵综合的比较

团队进步算法（TPA）是近期由研究者提出的一种新型优化算法,具有与传统优化算法不同的寻优机制。函数测试结果表明,该算法是一种能够兼顾避免早熟收敛和计算速度的有效的优化算法。文章将团队进步算法、遗传算法和粒子群算法应用于阵列天线方向图综合,给定阵列天线合适的设计要求,用Matlab编制程序对阵列天线进行了优化计算。通过对三种优化算法的综合结果比较,表明新算法在应用于较复杂的阵列天线方面以及在优化性能方面的优越性,显示了新算法在天线设计中的广泛应用前景。     

同空间后向投影InSAR成像及干涉相位提取方法

为了提高复杂运动情况干涉合成孔径雷达（InSAR）成像精度,结合时域后向投影方法提出了一种基于同空间后向投影的InSAR成像与相位提取方法,分析后向投影多普勒补偿函数与干涉相位的关系,通过各天线回波投影到相同的成像空间,再构造相位补偿函数进行相干积累成像。仿真和实测数据验证了复杂运动情况下本文方法较传统频域算法获得更好的InSAR成像和干涉相位质量,且该方法还可在成像过程中实现InSAR图像配准、去平地效应的一体化处理,简化了InSAR数据处理。     

基于组字典学习的逆合成孔径雷达成像方法

基于压缩感知(compressive sensing, CS)的逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar, ISAR)成像方法可以使用非常少的数据来获得高质量的图像。但基于CS的ISAR成像方法中目标场景不准确的稀疏表示限制了成像方法的性能。结合字典学习(dictionary learning, DL)技术的CS ISAR成像方法能够寻找到目标场景图像块的最优稀疏表示,提高成像质量,但每一个图像块被单独考虑,而忽略了彼此之间的相互依赖关系。为了实现进一步提高成像质量的目标,针对ISAR图像分块重建的问题,首次提出一种基于组字典学习(group dictionary learning,GDL)的ISAR成像方法。将具有相似结构的图像块聚类并构建出多个图像块组,利用奇异值分解(singular value decomposition, SVD)从图像块组中学习出最优组稀疏变换字典。学习好的组稀疏变换字典可以寻找到待重建图像块组的最优稀疏表示,进而重建出高质量的目标场景图像。实验结果表明:与现有的CS ISAR成像方法相比,基于GDL的ISAR成像方法能获得更好的成像效果,并具有更高的计算效率。     

分布式小卫星合成孔径雷达多基线干涉技术

研究分布式小卫星合成孔径雷达中的多基线干涉技术问题。现有的多基线干涉技术提高三维地形成像性 能的办法主要有两种——利用多幅单视复图像提高干涉图像质量和利用迭代法提高地形高度估计精度。讨论这两种技 术在分布式小卫星合成孔径雷达中的应用。指出分布式小卫星合成孔径雷达中多基线干涉之所以提高干涉图像质量主 要在于:①干涉相位具有更高的估计精度;②干涉相位具有更大的模糊基;③干涉图具有更大的极限平均视数。给出分 布式小卫星合成孔径雷达多基线干涉迭代法提高地形高度估计精度的数据处理流程。     

高分辨星载海洋微波辐射测量技术发展综述

星载微波辐射计作为海洋观测的一种重要技术手段,能够全天时、全天候对海洋环境参数进行长期连续的观测,具有宽幅、高精度等特点,能够为数值预报、台风监测、防灾减灾等应用提供重要保障。随着海洋应用需求不断提升,星载海洋微波辐射探测技术也向着更高分辨率、更高精度的方向发展。文章对高分辨率海洋微波辐射测量新技术的概念、系统组成以及发展情况进行了介绍,包括基于密集馈源阵列的多波束推扫辐射计、集中式综合孔径辐射计以及分布式综合孔径辐射计。文章结合三种高分辨率微波辐射测量技术的特点和当前技术水平对未来星载海洋微波辐射测量技术的发展思路进行了讨论,对其中的重要的关键技术进行了梳理,并针对不同应用需求给出了发展建议。     

基于纹理特征多分辨双Markov-GAR模型的SAR图像分割

为了提高SAR图像分割精度,提出在以灰度共生矩阵产生的纹理统计量为特征所生成的图像上,同时考虑SAR图像像素间空间分布特征和局部灰度均值和方差等统计量给出多分辨双Markov框架下的GAR模型,采用多分辨MPM的参数估计方法及对应的无监督分割算法,对SAR图像进行纹理分割。实验结果表明该方法用于一些高分辨SAR图像,与基于灰度图像上的多分辨双Markov-GAR模型纹理分割相比,在分割精度上能降低分割时的错分率。     

基于分布式星群的全相参雷达低副瓣波束形成设计方法

不同于地面稀布阵相参阵列雷达，分布式星群平台具有高速运动特性，相应地全相参合成效率受限于星间的空时频同步误差、波束指向误差等系统误差约束。提出了一种基于分布式星群的全相参雷达低副瓣波束形成设计方法。首先，从星群系统规模、星间安全距离、远场条件、探测链路等因素入手推导了有效探测距离区间。接着，给出了同步误差、波束指向误差以及卫星高速运动特性对全相参合成效率的定量影响评估方法。最后，利用空时频多维联合方法实现了低副瓣稳健波束形成，可有效增加无模糊视场范围，适用于实际星群规模有限的应用场景。仿真结果验证了所提算法的有效性。     

基于压缩感知理论的合成孔径激光雷达成像算法

合成孔径激光雷达是一种主动式有源激光成像雷达,它具有远高于微波合成孔径雷达的成像分辨率,能够实现对远距离目标的精细成像。由于激光信号的带宽极大,普通的硬件设备难以满足奈奎斯特采样定理的要求。提出一种基于压缩感知理论的合成孔径激光雷达成像算法,该方法利用光外差方法探测回波信号,在此基础上通过对外差信号进行随机采样提取信号中的有效信息,使用正交匹配追踪算法实现对目标高分辨距离像图像的重构,最后结合频率变标算法得到目标的高分辨二维图像。仿真结果表明运用新算法对合成孔径激光雷达的回波信号进行采样,能使用远低于奈奎斯特定理所规定的采样率完成信号采样,并有效压低信号旁瓣,实现对目标的超高分辨成像。
     

混沌免疫算法应用于超低副瓣天线阵优化研究

文章分析了六角形排列的平面阵列天线的远场分布,介绍了基于混沌理论的混沌免疫算法,结合六角形平面阵列天线实例及超低副瓣要求,给出了基于该算法的阵列天线方向图优化方法,得出了超低副瓣方向图。仿真结果表明,混沌免疫算法收敛速度快,搜索效率高,具有良好的应用前景。